人類健康在太空中「基本上可以維持」一年！

人類健康在太空中「基本上可以維持」一年！

美國宇航局周四公布的雙胞胎研究結果顯示

2015年至2016年間，宇航員斯科特·凱利在國際空間站上呆了340天，導致他的身體發生了變化，從體重到基因，不一而足。

凱利的身體發生的大部分變化，與他在地球上的同卵兄弟馬克相比，在他從空間站回來後就恢復了正常。研究人員說，研究結果表明，人類的健康在太空中「基本上可以維持」一年。

在周四與記者的電話交談中，馬克感謝斯科特為國家做出的貢獻和對科學的承諾，他在太空呆了一年，卻不知道這將如何影響他。

「我得到了所有的榮譽，而你得到了所有的工作，」斯科特責備他的雙胞胎兄弟說。

「有人來我家取血管，」馬克說，他指的是斯科特執行任務時採集的科學樣本。斯科特從自己身上收集了同樣的樣本，並將其發回地球上的研究人員。

負責協調這項研究的NASA人類研究項目的副首席科學家史蒂文·普拉茨說，研究結果顯示了「人體的韌性和健壯性」。

巧合的是，在前蘇聯宇航員尤裡·加加林首次載人航天飛行58周年之際，研究結果及時公布。

但是，這項備受期待的研究揭示了在準備較長時間的太空任務或火星等深空任務時可能需要採取對策或保障措施的領域。

分子、生理和行為變化分為低、中、高危組。斯科特的體重和微生物群的變化被認為是低風險的。膠原蛋白調節和血管液管理的變化處於中等水準，基因組不穩定被認為是潛在的高風險。

普氏說：「當我們進入太空，體驗微重力，以每小時17500英裡的速度旅行時，我們的身體會適應並繼續運轉，總的來說，運轉得非常好。」

這項研究包括來自8個州12所大學的10個研究小組的84名科學家的工作，他們都在太空中研究人體的不同方面。這些數據包括認知測量、生理數據和27個月的兩兄弟樣本，包括血液、血漿、尿液和糞便。

美國宇航局發現，宇航員的基因表達與他的同卵雙胞胎不再相同。

然而，研究人員說，這項研究也有一些限制因素。

研究人員澄清說，這項工作隻反映了斯科特和馬克·凱利，研究結果不會與其他宇航員得到證實。斯科特還在空間站的地球磁場保護罩內，沒有受到深空異塵餘生的轟擊。

「不可能將因果關係歸因於太空飛行和共同偶然事件，」該研究稱，因此研究人員將他們的工作視為「假設的產生和框架的定義」，這將受益於未來更多的研究。但是他們也相信這是「太空中人類基因組學的曙光，」約翰霍普金斯醫學院首席研究員兼醫學教授安迪·范伯格博士說。

美國國家航空航天局(NASA)總部首席健康和醫療官j·d·波爾克(J.D. Polk)說:「對雙胞胎的研究是朝著理解表觀遺傳學和人類航天飛行中的基因表達邁出的重要一步。」「隨著美國國家航空航天局(NASA)前往月球和火星，這有助於了解個性化醫療的必要性，以及它在深太空探索中保持宇航員健康方面的作用。」

馬克·凱利說，他希望這將在他的有生之年發生。「既然我們都知道了我哥哥斯科特的事，我甚至願意自願成為那個可以走的人。」

但是他必須打敗他的兄弟才能獲得這個榮譽。「我準備走了。讓我坐兩年的飛機，」斯科特說。

太空中發生了什麼變化

在太空中呆了一年，斯科特的頸動脈變厚，DNA受損，基因表達發生變化，視網膜變厚，腸道微生物發生變化，認知能力下降，染色體端粒的結構發生變化。但這並沒有改變或改變他的DNA。

在太空注射流感疫苗和在地球上一樣有效。在空間站上的營養和鍛煉導致體重下降，葉酸的增加導致紅細胞的重要生成。

基因表達的改變與DNA修復系統和免疫系統有關。斯科特一進入太空，就有超過1000個基因發生了變化。其中一些變化是意料之中的，比如與骨骼形成或修復DNA有關的變化，因為宇航員在太空中會失去骨密度，而異塵餘生會損害DNA。但是線粒體和免疫系統基因的變化，有助於產生能量和保護身體，表明長期的太空飛行增加了身體的壓力。也有細胞應激的證據。

研究人員說，這表明斯科特的免疫系統對環境變化保持高度警惕。

「基因表達發生了巨大的變化，」研究作者之一、威爾康奈爾醫學院生理學和生物物理學副教授克里斯托弗梅森說。斯科特回到地球後，許多變化都逆轉了，但仍有一些變化，包括認知缺陷、DNA損傷和t細胞活化的一些變化。我們還不知道這些變化是好是壞。這可能只是身體的反應，但基因會受到干擾，所以我們想知道原因，並追蹤它們，看看能持續多久。」

與前半部分相比，在任務的後半段，基因也發生了更劇烈的變化，之後基因發生變化的數量是前半部分的6倍。

斯科特和馬克·凱利對太空飛行有自己的看法

觀察斯科特和馬克的表觀基因組隻發現了不到5%的差異。表觀基因組是一種化合物，它的作用就像一個開關，可以打開或關閉DNA中的基因。表觀遺傳變化是對基因活動的微調，不會改變遺傳密碼。對斯科特來說，這些變化包括他的免疫系統反應和炎症相關的生化指標。

在太空中，斯科特的白血球中染色體端粒末端的帽子會變長。通常，端粒長度的變化與衰老或疾病有關，它們隨著年齡的增長而縮短。加長是意料之外的。端粒就像是健康的生物標誌物，現在，端粒還可以作為航天飛行的長期風險指標。

回到地球後，斯科特的端粒迅速縮短，甚至比他去空間站前還短。研究人員說，這可能會對他的細胞健康產生負面影響。現在，他的端粒變短了。研究作者、科羅拉多州立大學教授蘇珊貝利說，端粒短與加速衰老、心血管疾病和某些癌症的風險較高有關。

斯科特的眼球也改變了形狀。他的視網膜神經變厚，在眼睛周圍的脈絡膜層出現褶皺。這種變化與視力的清晰度有關，其他男性宇航員也注意到了這一點，因為他們的頭部在失重狀態下會發生液體位移。它被稱為空間相關神經-眼綜合征(SANS)。同樣的液體移位導致頸部頸靜脈擴張，更多的心輸出量和前額皮膚增厚。這會給靜脈、眼睛和血管帶來深層壓力，導致引流。

宇航員要求國會照顧他們的健康

這種液體轉移不僅影響了他的眼睛，還影響了他的心血管系統。斯科特的頸動脈壁在任務的早期增厚，並在餘下的飛行中保持這種狀態。他血液中的膠原蛋白水準發生了變化，這與心血管風險因素的變化有關。當他回來時，那些恢復到基線。

雖然斯科特的腸道微生物群發生了變化，但其多樣性並沒有改變，這讓研究人員感到鼓舞。研究人員說，比較斯科特在飛行前、飛行中和飛行後的樣本，要比比較馬克的樣本更有價值。在太空中，被稱為厚壁菌門的腸道細菌數量增加，而擬桿菌門細菌數量減少。這兩種細菌都含有有益菌和有害菌。

研究人員認為，零重力導致了這種轉變。但當斯科特返回地球時，平衡恢復正常。在未來幫助維持這種平衡的對策可能包括前、前或後生物製劑。

斯科特的認知速度和準確性在飛行後的測試中下降，並在返回後持續了六個月。

在斯科特登陸地球的過程中，免疫反應也出現了上升，這與如此緊張的事件是一致的。他的乳酸水準在旅行的前15天和最後14天都更高，儘管確切的觸發因素還沒有確定。

但在斯科特返回地球6個月後，幾乎所有東西都恢復到正常、穩定或基線水準。

保護宇航員健康

在執行任務之前，斯科特首先向美國宇航局的人類研究項目提出了這個想法。這對雙胞胎都是宇航員，但當斯科特計劃在空間站呆上一年，而他的兄弟還在地球上時，一個獨特的機會出現了。他們相同的基因將為研究人員提供完美的比較。展望未來，美國國家航空和宇宙航行局(NASA)正計劃進行更多為期一年的任務，以繼續這類研究，並為更長時間的火星或月球任務做準備。

經過50多年的載人航天飛行，研究人員了解了失重狀態對人體構成的一些風險。宇航員必須應對充滿壓力的環境、噪音、隔離、晝夜節律紊亂、異塵餘生暴露以及浮在水面而不是站在堅實的地面上時發生的倒流。

太空暈動病發生在頭48小時內，會引起食欲不振、頭暈和嘔吐。

斯科特·凱利為您解答有關火星上生命的問題

隨著時間的推移，宇航員在空間站停留6個月或更長時間可能會經歷骨骼和肌肉萎縮的削弱和流失。宇航員還會出現血容量減少、免疫系統減弱和心血管功能紊亂等情況，因為漂浮幾乎不需要什麼努力，心臟也不需要像泵血那樣費力。

斯科特和其他四五十歲的宇航員也抱怨他們的視力有輕微的改變。其中一些人在飛行中需要戴眼鏡。

展望未來，美國宇航局正致力於解決人類在太空旅行中面臨的主要威脅:孤立和限制、異塵餘生、與地球的距離、敵對或封閉的環境以及波動的重力。

普拉茨說:「這將指導未來的生物醫學太空研究，使我們能夠更安全地往返火星。」

斯科特說，從太空返回一年與從為期六個月的任務返回「明顯不同」。「返回比空間站的調整糟糕得多」。

斯科特說，他回到地球的頭幾天感覺自己好像得了流感。他感到關節和肌肉疼痛，小腿腫脹，皮膚接觸到的任何地方都有蕁麻疹和皮疹，頭暈、噁心和疲勞。

他認為這一切都是由於重力的回歸，接觸不同的人和他們的免疫系統，以及對這種戲劇性經歷的情感反應。大約6個月後，我才恢復了100%的感覺。

「他實際上已經恢復正常了，」史丹佛大學遺傳學系主任、研究人員邁克·斯奈德博士說。

普氏說,「如果你看看在斯科特的改變,絕大多數人回到基線在相對短的時間內當他返回地球時,和那些沒有回復很快被標記的事情我們已經知道可能發生,「比如壓力和炎症標記物。

他說，這項研究不僅有新的發現，而且加強了已知的知識。

對地球的影響

但這些發現不僅對宇航員有意義。癌症患者也會經歷基因變化和異塵餘生暴露。這項研究顯示了一個健康的身體是如何應對和適應壓力的，這可以把身體對其他壓力源，癌症或感染的反應區分開來。

凱利說:「我們在太空中所做的科學研究對我們的國家產生了幾代人的影響。

此外，該研究還揭示了個體對流感疫苗的反應、與環境相關的基因表達變化、與顱內壓有關的疾病、視覺系統受損以及動脈粥樣硬化等心血管疾病。

端粒研究人員貝利將繼續她的工作，研究為期六個月和一年的宇航員任務。了解端粒背後的個體因素可以揭示出影響端粒動力學的因素。

美國宇航局人類研究項目首席科學家詹恩·福格蒂說:「雙胞胎研究從分子水準證明了一個人的身體如何適應太空飛行環境的韌性和健壯性。」「這項研究是未來生物空間研究的基石，重點是分子變化以及它們如何預測宇航員的健康和表現。這為其他研究中已經取得進展的新研究策略打開了大門。」

人類健康在太空中「基本上可以維持」一年！