Космическите полети подлагат организма на бозайниците на сериозни изпитания.
Телесните течности се преразпределят по необичаен начин, тежкото защитно оборудване може да причини физически травми, а когато отпадне необходимостта тялото постоянно да се противопоставя на земната гравитация, тъкани като мускулите и костите започват сравнително бързо да отслабват.
Микрогравитацията не засяга само опорно-двигателната система. Проучвания показват, че космическите полети могат да доведат до промени и в състоянието на човешкия мозък, както и в работата на сърдечносъдовата система, чувството за равновесие и зрението. За да ограничат загубата на мускулна маса и костна плътност, астронавтите на Международната космическа станция обикновено тренират по около два часа дневно.
Повечето от тези изменения постепенно отшумяват след завръщането на астронавтите на Земята. Една възможна последица от космическите полети обаче буди особено сериозно безпокойство.
При мишки, изпратени на Международната космическа станция, учените установяват разграждане на хрущяла, който предпазва костите в подложените на натоварване коленни стави. Това е тревожно, тъй като ставният хрущял има твърде ограничена способност да се възстановява сам.
Сега изследователите смятат, че може би са открили начин да ограничат тези увреждания.
Мишки, третирани с растителното съединение кемпферол преди и по време на симулиран космически полет, показват значително по-слабо разрушаване на хрущяла в сравнение с животните, които не са получили веществото.
Проучването разкрива и ключов молекулярен механизъм, който стои зад увреждането. Според резултатите белтъкът NOX4 предизвиква нарушения в работата на митохондриите в хрущялните клетки.
Откритие с възможно значение и за хората на Земята
Резултатите биха могли да помогнат на учените да разберат по-добре и остеоартрита на коляното – широко разпространено дегенеративно заболяване, при което хрущялът, омекотяващ движението в ставата, постепенно се износва.
Остеоартритът засяга стотици милиони хора по света, като коляното е сред най-често поразяваните стави. Заболяването може да доведе до хронична болка, скованост, ограничена подвижност и значително влошаване на качеството на живот.
Схематично представяне на експерименталните условия и оцветени проби, които показват уврежданията на хрущяла. (Yin et al., Advanced Science, 2026)
Влиянието на космическите полети върху човешкия хрущял все още е слабо проучено. Неговото състояние не се проследява толкова системно и не се прилагат толкова целенасочени защитни мерки, както при мускулите и костите.
В обзор на съществуващите изследвания от 2022 г. се отбелязва, че при астронавти са установявани повишени нива на биомаркер, свързан с разграждането на хрущяла.
В съчетание с резултатите от експериментите върху гризачи тези наблюдения пораждат опасения, че продължителните космически полети могат да увеличат риска от остеоартрит на коляното.
Екип, ръководен от изследователи от Университета на Питсбърг, решава да проучи по-задълбочено как увреждането на хрущяла би могло да се отрази на човека при престой в Космоса – особено по време на продължителни мисии, каквато би била бъдеща експедиция до Марс.
„В това изследване изхождахме от хипотезата, че излагането на условията на космически полет причинява митохондриална дисфункция и разграждане на хрущяла, а запазването на митохондриалната функция предпазва от загуба на хрущял“, пишат учените в публикацията си в Advanced Science.
По очевидни етични причини изследователите не могат да държат хора продължително време с повдигнати крака и да ги подлагат на радиационно облъчване. Затова основната част от експериментите е проведена върху мишки.
Как е проведено изследването
Проучването включва няколко отделни групи лабораторни мишки.
Човешки хрущял, отгледан при условия на симулирана микрогравитация, е в по-добро състояние и показва по-ниски нива на оксидативен стрес след третиране с кемпферол. (Yin et al., Advanced Science, 2026)
Първо учените изследват мишки, прекарали 60 дни на борда на Международната космическа станция. Те ги сравняват с животни, останали на Земята при сходни условия, които получават същата храна и грижи, но не са изложени на микрогравитация и на останалите особености на космическата среда.
Друга група мишки е поставена в наземна симулация на космически полет. Животните се намират в специални съоръжения, в които задните им крайници са повдигнати, така че да се възпроизведе липсата на обичайното натоварване при микрогравитация. Едновременно с това те са изложени на създадена в лаборатория комбинация от видове лъчение, която наподобява въздействието на галактическите космически лъчи.
Радиацията сама по себе си е един от основните рискове при продължителните мисии. Затова специалисти на NASA разработват и методи за определяне на индивидуалната чувствителност на астронавтите към космическата радиация, включително чрез изследване на кръвни проби и на уврежданията в хромозомите.
В сравнение с контролната група както мишките, летели на Международната космическа станция, така и животните, поставени в симулирани условия, показват признаци на увреждане на хрущяла.
Следващата задача на учените е да установят какъв механизъм предизвиква тези изменения.
Микрогравитацията поставя хрущяла под силен клетъчен стрес
Изследователите отглеждат човешка хрущялна тъкан от стволови клетки, изолирани от главите на бедрени кости. Получената тъкан е поставена във въртящ се биореактор, който възпроизвежда микрогравитация, но без радиационно облъчване.
Резултатите показват, че дори само микрогравитацията е достатъчна, за да подложи хрущяла на сериозен стрес.
В тъканта се повишават нивата на възпалителните маркери и на увреждащите реактивни кислородни съединения. Клетките проявяват признаци на стареене, митохондриите произвеждат по-малко енергия, а хрущялът губи и редица други характеристики, присъщи на здравата тъкан.
Астронавтката на Европейската космическа агенция Саманта Кристофорети тренира на Международната космическа станция. (ESA/NASA)
Учените свързват тези изменения с NOX4 – белтък, който засилва оксидативния стрес и нарушава нормалната работа на митохондриите.
Какво представлява кемпферолът
В последния етап от експеримента изследователите използват съединението кемпферол.
То е естествен флавонол, който се среща в редица растения и храни – сред тях са тъмнозелените листни зеленчуци, чаят, бобовите растения, горските плодове и много други плодове и зеленчуци.
Кемпферолът може да се свързва с NOX4 и да потиска неговата активност.
Предишни проучвания показват, че веществото може да намалява оксидативния стрес и уврежданията на митохондриите. Особено важно е, че опити с плъхове сочат, че то би могло да забави и развитието на остеоартрит на коляното.
Това е само една от многото посоки, в които се развиват изследванията на ставните заболявания. Други научни екипи изпитват минимално инвазивни процедури за ограничаване на болката и възпалението, както и нови материали, от които един ден биха могли да се създават индивидуално оформени заместители на увредения хрущял.
Уврежданията не изчезват напълно, но значително намаляват
Фигура от научната публикация, която показва до каква степен кемпферолът ограничава увреждането на хрущяла. (Yin et al., Advanced Science, 2026)
Когато мишките, поставени в симулирани условия на космически полет, получават кемпферол през устата, разликата е ясно забележима.
При тях се наблюдават по-малка загуба на хрущял, по-добре функциониращи митохондрии, по-слабо възпаление и по-ниски нива на вредните реактивни кислородни съединения.
Кемпферолът не предотвратява напълно увреждането, но то е значително по-слабо, отколкото при животните, които не са получили веществото.
Обещаващи резултати, но и важни ограничения
Проучването все още е на много ранен етап и има няколко съществени ограничения.
То е проведено върху мишки, а не върху хора. И макар че изследователите анализират животни, които действително са прекарали време на Международната космическа станция, защитното действие на кемпферола е изпитано единствено при наземна симулация, а не по време на реална космическа мисия.
Учените използват и пречистен препарат с кемпферол в прецизно контролирана доза. Следователно резултатите не бива да се тълкуват като доказателство, че консумацията на храни, богати на кемпферол, може да предотврати проблеми с коленете.
Те не доказват и че хранителните добавки с кемпферол са безопасно или ефективно средство за профилактика и лечение при хора. Преди да се стигне до подобни заключения, трябва да бъдат проучени подходящата доза, усвояването на веществото, възможните нежелани реакции и действието му върху човешкия организъм.
Защо откритието е важно
Въпреки ограниченията резултатите очертават няколко многообещаващи посоки за бъдещи изследвания.
Екипът идентифицира свързан с митохондриите механизъм, който стои зад разграждането на хрущяла на коляното по време на космически полет, и открива възможен начин този процес да бъде забавен.
Тъй като същият механизъм участва и в развитието на остеоартрита на коляното, откритието може да се окаже полезно и за учените, които търсят начини да подобрят живота на стотиците милиони хора по света, засегнати от това дегенеративно заболяване.
Космическата медицина често води до открития с приложение далеч отвъд космическите мисии. Механизмите, които предизвикват загуба на мускулна маса, костна плътност или хрущял при микрогравитация, могат да хвърлят светлина и върху процеси, свързани със стареенето, продължителното обездвижване и хроничните заболявания на Земята.
А ако така или иначе искате да включите повече спанак в менюто си – има достатъчно други доказателства, че това е полезен избор. Той обаче не бива да се възприема като доказано средство за предпазване или възстановяване на колянния хрущял.
Изследването е публикувано в научното списание Advanced Science.
