Перспективные направления мониторинга состояния здоровья человека в условиях длительного космического полета

ВВЕДЕНИЕ

В связи с увеличением объема разнообразных работ, выполняемых в условиях космического полета каждым членом экипажа (включая проведение длительных технических и биологических экспериментов), растет продолжительность пребывания космонавтов на околоземной орбите. Нахождение в условиях космоса включает длительные неблагоприятные воздействия невесомости, а именно: гиподинамии, длительного нахождения в замкнутом объеме, повышенного уровня шумовой, радиационной, психологической нагрузок, а также ограниченного рациона питания [1]. Человечество не оставляет надежд на длительные пилотируемые миссии за пределы ближнего космоса, что потребует еще большей продолжительности пребывания в неестественных для организма человека условиях. Поддержание физического и психического здоровья космонавтов требует изучения особенностей функционирования органов и систем человека в условиях продолжительного полета. Уровень технического развития дает возможность создавать лабораторные анализаторы, адаптированные для работы в условиях космической станции и позволяющие проводить оценку множества параметров функционирования систем организма, корректируя при необходимости рацион питания, физическую нагрузку и условия жизни.

Существуют различные подходы для оценки функционального состояния организма, а именно: проведение измерений, в том числе неинвазивных, во время полета и в условиях невесомости; сбор и хранение образцов с последующим их анализом после возвращения на Землю.

Проведение измерений непосредственно в условиях невесомости дает возможность избегать дополнительных манипуляций, связанных с консервацией, хранением и доставкой биологических образцов, исключая тем самым влияние условий хранения/транспортировки на целевые компоненты в этих биосредах. Большое внимание уделяется разработке и применению неинвазивных методов диагностики состояния здоровья космонавтов, таких как доплеровское определение клеточного состава крови [2], оценка распределения жидкостей тела [3], велоэргометрия и другие. К сожалению, на сегодня данные методы не позволяют оценивать малые изменения параметров и анализировать специфические маркеры клинических состояний организма человека.

Широко распространенный подход со сбором биологических образцов в процессе полета с последующей доставкой для анализа на Землю неприменим для множества клинико-лабораторных показателей из-за невозможности проведения их анализа после замораживания и/или длительного хранения биосред. Кроме того, при данном подходе анализ динамики изменения лабораторных показателей осуществим только по истечении длительного времени, что исключает возможность внесения необходимых корректировок в протокол проведения эксперимента, а также не позволяет проводить мониторинг и корректировку состояния здоровья космонавтов в реальном времени [4].

Таким образом, в настоящий момент актуальным является поиск, анализ, выбор биологических маркеров, отражающих изменения в состоянии здоровья человека во время космического полета и способствующих разработке и совершенствованию валидных диагностических тест-систем для оценки функционального состояния здоровья космонавтов.

Цель работы — изучение современных перспективных направлений медико-биологических исследований, проводимых в условиях космического полета.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Современное состояние проблемы

В настоящее время проведено достаточно большое количество исследований, изучающих состояние здоровья космонавтов. Однако большинство из них подразумевает осуществление клинико-лабораторного анализа уже после возвращения космонавтов на Землю. Их результаты, пополняя базу знаний в области космической медицины, непригодны для оценки состояния здоровья в процессе полета. Диагностическая ценность таких образцов минимальна, поскольку они не отражают динамику изменений в состоянии органов и систем космонавтов на момент их пребывания в космосе. Важно учитывать, что в условиях невесомости невозможна адекватная организация длительного хранения и доставки в земные условия биологических образцов, содержащих цельные клетки. Кроме того, необходимость анализа ряда биологических субстратов, в частности протеинсодержащих, непосредственно во время аэрокосмического полета обусловлена недопустимостью их замораживания.

В условиях космоса / космической экспедиции в связи с изменением поведения биологических жидкостей при малой гравитации изменяются требования к забору биологического материала. Инвазивный забор биосубстрата с применением традиционных технологий (с помощью шприца или открытым способом) становится затруднительным. Процедура забора крови связана с венопункцией, что в условиях космической станции несет риски образования низкодисперсного аэрозоля в воздухе или развития инфекционных осложнений. Актуальным для анализа становится использование биологических сред, доступных при малоинвазивном или самостоятельном способах забора. К таковым биосубстратам относятся слюна, отпечатки пота и образцы мочи. При необходимости проведения исследований на компонентах крови следует стремиться к минимизации объема аликвот и учитывать ограничения, связанные с особенностями систем вакуумного отбора образцов.

Кроме того, изменяются предпочтения перед определенной техникой внесения образцов в рабочую зону тест-системы. Например, становится нереализуемой инкубация свободно налитой жидкости при выполнении традиционного иммуноферментного анализа (ИФА). В условиях микрогравитации сохраняются адгезионные/капиллярные взаимодействия жидкости с твердой фазой, что позволяет в настоящее время использовать на Международной космической станции (МКС) диагностические системы в виде тест-полосок. Однако подобные тест-системы имеют ряд ограничений, одним из которых является полуколичественное определение концентраций. Необходимо отметить, что стремительное развитие микрофлюидных технологий и успешное их применение в земных условиях дает возможность предположить, что адаптация данных технологий для условий микрогравитации позволит перейти к анализу биологических маркеров, включая методы ИФА.

На сегодня ряд физиологических параметров, таких как содержание уровня гемоглобина, концентрация глюкозы в крови и другие, в условиях космической станции измеряют методом иммунохемилюминесценции на тест-полосках («Рефлотрон», F.Hoffmann-La Roche Ltd. / Roche Diagnostics GmbH, Германия) [5]. Иные аналиты и образцы требуют транспортировки в земные условия и подвергаются анализу по завершении полета. К таким образцам относятся сыворотка крови, смывы с внутренних поверхностей станции и поверхностей пробоотборников, образцы для микробиологических исследований, например собранные в рамках эксперимента «Хроматомасс-спектр М». Подобные исследования важны для изучения непрерывно меняющегося микробиома станции [6], связанного с постоянным обменом микрофлорой с космонавтами [7], однако срочность получения таких результатов значительно ниже, чем в случае контроля состояния здоровья экипажа.

В настоящее время опубликованы результаты ряда проектов по изучению состояния здоровья космонавтов по отдельным индикативным маркерам различных состояний систем организма в условиях микрогравитации. Так, в рамках эксперимента «Спланх» на МКС, а ранее на космической станции «МИР» на модифицированном приборе «Рефлотрон-4» проводились измерения уровня маркеров поражения сердечно-сосудистой системы: аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ). Гематологические исследования в условиях космического полета выполнялись на борту МКС, а ранее на станции «МИР» на протяжении 15 месяцев в ходе 3-х экспедиций «МИР» (15, 16 и 17-й). Эти исследования включали оценку клеточного состава крови, гематокрита, гемоглобина, ретикулоцитов, лейкоцитарной формулы [8]. Анализы проводились на мазках капиллярной крови с применением прибора «Микровзор», сочетающего микроскоп с телепередатчиком. В российском сегменте МКС измерение гематокрита проводилось при помощи прибора «Гематокрит». Н. Kunz, Н. Quiriarte et al. зафиксировали, что на ранних этапах полета был значительно повышен уровень гематокрита, он остается таковым на протяжении всего пребывания в космосе, что связано со снижением объема циркулирующей крови и плазмы крови в условиях микрогравитации. В раннем послеполетном периоде отмечено снижение гематокрита ниже предполетного уровня, что свидетельствует о потере пула клеток [9]. Некоторыми авторами (П.А. Михайлов и соавт.) в экспериментах на животных отмечено развитие функциональной эритропении и роста числа аномальных эритроцитов при ортостатическом вывешивании [10].

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Особенности влияния условий космического полета на иммунную систему

Необходимость изучения особенностей функционирования иммунной системы экипажа космических станций диктуется спецификой условий на них: замкнутое пространство пилотируемых станций, наличие скрытых полостей, сниженная гравитация, способствующая образованию аэрозолей в воздухе. Все это является благоприятной средой для роста и передачи патогенных микроорганизмов, в том числе вируса герпеса [11]. A.M. Paul, S.D. Mhatre et al. в качестве оценки клеточного компонента проводили подсчет лейкоцитарной формулы крови и цитокинового профиля [12][13]. В их исследовании было установлено снижение количества эозинофилов и некоторое повышение числа нейтрофилов при пассивизации Т-лимфоцитов in vitro, что, вероятно, связано со снижением экспрессии CD3 и IL-2 рецепторов на поверхности Т-лимфоцитов [14]. В других работах выявлено снижение количества лейкоцитов, в частности лимфоцитов, моноцитов [9], и дифференцировки лейкоцитов [15]. Микрогравитация способствует повышению выработки фактора некроза опухоли и развитию апоптоза иммунных клеток [16], что подтверждается исследованиями на клеточных линиях. C.A. Savary et al. установили, что дендритные клетки, полученные путем дифференцировки донорских CD34⁺ клеток-предшественников, в условиях вращающейся культуральной ячейки, моделирующей условия микрогравитации, демонстрировали снижение способности к фагоцитозу грибов Candida albicans и презентации антигенов [17].

В ряде работ зафиксировано снижение цитотоксической функции натуральных киллеров в отношении лейкозных клеток линии K562 в условиях in vitro, возникающих на ранних этапах космического полета [18].

V.K. Ilyin et al. установили, что во время космического полета снижаются уровни иммуноглобулинов sIgA, IgМ, и IgА в слюне и десневой жидкости. Отмеченные сдвиги, по всей видимости, могут являться триггерами снижения защитной функции слюны и способствовать риску возникновения инфекционно-воспалительных процессов при выявлении у испытуемых основных парадонтопатогенных штаммов возбудителей в ротовой полости [19].

В работах C.M. Ott et al. показано, что в условиях микрогравитации и длительного космического полета происходит реактивация латентных герпесвирусов, о чем свидетельствует повышение частоты определения в слюне космонавтов вируса герпеса человека 1-го типа и учащение случаев опоясывающего лишая. Кроме того, исследователи диагностировали в моче 47% членов экипажа «Спейс Шаттла» цитомегаловирус [20].

Рядом научных исследований подтверждено формирование в условиях космического полета общего дисбаланса со стороны иммунной системы: с данными нарушениями иммунитета столкнулось порядка 46% членов экипажа МКС [21]. Зарегистрировано снижение местного иммунитета, функциональной активности натуральных киллеров, что привело к реактивации латентных вирусов, в частности вируса герпеса. Рядом публикаций (порядка 17% сообщений) отмечены аллергические реакции, обусловленные как сдвигом цитокинового профиля, так и иными факторами космического полета (стресс, космическая радиация), влияющими на состояние иммунной системы [21].

Сотрудниками Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства НАСА (National Aeronautics and Space Administration, NASA) также были выявлены изменения со стороны иммунного ответа у астронавтов в условиях полета на космических аппаратах «Apollo» (1975) и «Skylab» (миссия «Skylab-3», 1973). Собранные в рамках космического полета образцы сыворотки крови были проанализированы на предмет содержания микро-РНК miR-21, экспрессия которых увеличивается примерно в два раза при ранней активации Т-клеток. По результатам исследований 4-х биологических образцов с помощью количественной полимеразной цепной реакции (ПЦР) установлено подавление экспрессии miR-21 в условиях космического полета и подавление экспрессии 85 генов. В частности, была снижена экспрессия белка ответа раннего роста 3 (EGR3), Fas-лиганда суперсемейства TNF (FASLG), белка семейства (BTG2), гомолога 2 Спрути (SPRY2) и белка-активатора Т-клеточной ГТФазы (TAGAP), чья регуляция осуществляется именно miR-21. По мнению М. Hughes-Fulford et al., изменение экспрессии TAGAP функционально может быть связано с развитием ревматоидного артрита и множественного склероза, а снижение экспрессии гена BTG2 снижает клеточный иммунный ответ [22].

Особенности влияния условий космического полета на выделительную систему

Согласно данным литературы, фильтрационную функцию почек в условиях микрогравитации традиционно изучали по концентрации креатинина и остаточного продукта метаболизма белков — концентрации мочевины. Поскольку креатинин содержится в мышечных клетках, то, учитывая относительно стабильную мышечную массу, уровень его не подвержен существенным колебаниям. Экскреция креатинина производится почками, что при отсутствии данных о мышечной травме позволяет эффективно оценивать скорость почечной фильтрации [23]. Общий анализ мочи традиционно применяется в практике клинико-лабораторной диагностики для оценки выделительной и фильтрующей функции почек и оценки гомеостаза организма. В практике космической медицины он реализуется на платформе входящего в состав бортового оборудования МКС анализатора мочи «Уролюкс», в котором используются 10-зонные тест-полоски. Измерения проводят методом рефлексионной фотометрии. Оцениваемые параметры включают удельную плотность мочи, кислотности (pH), наличие лейкоцитов, нитритов, белка, глюкозы, кетоновых тел, уробилиногена, билирубина и элементов крови (эритроциты, лейкоциты) [24]. В настоящее время биохимический анализ мочи является еще одним рутинным комплексным методом оценки состояния выделительной системы, в том числе в условиях космического полета. K. Siew et al. сообщают об обратимой перестройке почечных клубочков, вызванной адаптацией к изменениям электролитного состава крови, и перераспределении жидкости в организме, обусловленном краниальным смещением. Отмечено повышение секреции ионов кальция, фосфора и магния в выделяемой моче, которое предположительно связано с резорбцией костной ткани [25].

Особенности влияния условий космического полета на систему свертывания крови

Проблема тромбообразования в условиях микрогравитации является актуальной в современной космонавтике. В 2019 году методом УЗИ установлено, что у 6 из 11 членов экипажа МКС имелось бессимптомное нарушение кровотока в сосудах головы и шеи, при этом у одного из космонавтов в ходе планового ультразвукового исследования был обнаружен окклюзирующий тромбоз левой внутренней яремной вены [26]. Причиной тромбообразования является как снижение скорости движения крови по сосудам, связанное с гиподинамией, так и биохимические изменения крови и эндотелия. Изменение белкового состава крови влияет на толщину и функциональное состояние гликокаликса сосудов [27] и меняет реологические свойства крови, повышая ее вязкость, что ведет к повышенному риску тромбообразования. В раннем послеполетном периоде было отмечено увеличение показателей, свидетельствующих о повышенном потенциале тромбообразования, таких как растворимые фибринмономерные комплексы (РФМК) [28], фактор XI, фибриноген, фибринопептид А, ингибитор активатора плазминогена серпин-3 и многие другие [29]. На формирование тромбоза также может влиять плановое употребление оральных контрацептивов в процессе полета с целью достижения медикаментозной аменореи [30], практикуемой из гигиенических и водосберегающих соображений у женщин-космонавтов. Согласно опубликованным данным, регулярный прием препарата, содержащего дроспиренон, приводит к снижению концентрации альбумина в плазме крови. В отсутствие приема фармпрепаратов белковый состав плазмы крови и связанные с этим риски тромбозов не имели половых различий [31]. Однако исследуемая выборка космонавтов в настоящее время мала по объему, и ее дальнейшее увеличение в ходе развития космических программ в будущем может выявить предпосылки к возникновению разнонаправленных отклонений в системе гемостаза.

На сегодня повышенный риск тромбообразования, вызванный длительным пребыванием в условиях микрогравитации, связан с рядом факторов, трудно поддающихся коррекции, таких как изменения кровообращения, клеточного состава крови и активности сигнальных молекул. Для выявления патологического звена в системе коагуляции необходимо определение большого числа биомаркеров, что сопряжено с одновременной обработкой различных типов биоматериала и длительным этапом пробоподготовки. Забор биоматериалов различного типа в условиях невесомости является нежелательным в связи техническими ограничениями и возрастанием дополнительных рисков для здоровья космонавтов. Данные ограничения выдвигают требования к созданию тест-систем, способных анализировать минимальное количество интегральных показателей в свертывающей системе крови, достаточных для мониторинга состояния здоровья космонавтов, с перспективой возможности определения механизмов развития конкретной патологии. В случае обнаружения тромбоза крупных сосудов ввиду логистических особенностей невозможно оказание хирургической помощи, а применение медикаментозной терапии затруднено ввиду ограниченного набора фармпрепаратов и развития возможных осложнений, способных утяжелить состояние космонавта.

Таким образом, поиск ранних биомаркеров состояния системы гемостаза, научное обоснование способов диагностики/коррекции и профилактики коагулопатий у членов экипажа космических станций является перспективным направлением развития космической медицины. Однако на данный момент количество биологических маркеров, необходимых для полной характеристики процессов свертывания, очень велико, что делает их измерение в условиях полета затруднительным.

Потенциальными информативными маркерами функционирования свертывающей системы крови могут быть микро-РНК — небольшие некодирующие молекулы РНК (16–25 нуклеотидов), выполняющие регуляторную функцию в отношении ряда генов. В исследованиях на грызунах, а также в рамках NASA Twins Study были выявлены микро-РНК, связанные с системой гемостаза и более интенсивно экспрессируемые в условиях космического полета: miR-125, miR-16 и let-7a/7c [32][33]. Данные микро-РНК ассоциированы с механизмами развития радиационного повреждения сосудистой стенки и, следовательно, могут быть предикторами тромбообразования. Отмечено изменение уровня miR-16, имеющего противовоспалительное и антитромботическое действие [32]. На сегодня отсутствует однозначная информация относительно прогностической ценности определения микро-РНК в крови человека в связи недостаточным объемом накопленных научных данных, и это не позволяет использовать микро-РНК в качестве биомаркера контроля состояния здоровья экипажа. Проведение исследований микро-РНК связано с постановкой ПЦР, что в условиях невесомости пока не реализуется.

Влияние условий космического полета на репродуктивную систему

В рамках эксперимента «ИММУНО» (2012–2017 гг.) в течение 5 лет проводили оценку состояния репродуктивной системы космонавтов, осуществлявших длительные миссии на МКС. В экспериментальную группу были включены исключительно лица мужского пола, что следует учитывать при трактовке данных. Проводили измерение уровня лютеинизирующего (ЛГ) и фолликулостимулирующего (ФСГ) гормонов, влияющих на синтез тестостерона интерстициальными клетками Лейдига [34]. Определяли уровень активина A, отвечающего за регуляцию синтеза ФСГ, регулирующего иммунный ответ и процесс заживления ран [35], а также антагонистичного ему белка, вырабатываемого клетками Сертоли ингибина B, подавляющего синтез фолликулостимулирующего гормона [36]. Исследование дополняли определением концентрации антиспермальных иммуноглобулинов A, G, M (АС-IgA, АС-IgG, АС-IgM) и суммы антиспермальных антител, а также общего и свободного кортизола в слюне [37], тестостерона, эстрадиола и альдостерона [38]. Стоит отметить, что все исследования выполняли после завершения космического полета методом ИФА. Установлено, что в условиях длительного космического полета повышался уровень эстрогенов, что связывали со снижением содержания специфических и неспецифических транспортных белков в организме, в то же время отмечали повышение концентрации стрессового гормона кортизола. В ходе исследования И.А. Ничипорук и соавт. [37] не удалось однозначно установить совокупность факторов, приводящих к гормональному дисбалансу, однако было отмечено, что изменения в репродуктивной системе носят обратимый характер.

Особенности влияния космического полета на опорно-двигательный аппарат

В условиях длительного космического полета все космонавты подвержены деградации опорно-двигательного аппарата, что проявляется в снижении мышечной массы, минерализации костей и перестройке коллагена в костях, сухожилиях и связках. Большинство крупных костей, испытывающих в условиях земного тяготения постоянную нагрузку, в невесомости подвергаются частичной резорбции, что ведет как к перестройке микро- и макроструктуры кости, так и к деминерализации большинства костей. Наибольшую опасность вызывают повреждения скелета нижних конечностей, тел поясничных позвонков, костей таза, высоконагруженных костей основания черепа и шейных позвонков. Менее критичной является частичная деминерализация тонких губчатых костей, несущих меньшую нагрузку. Единственным исключением являются кости верхней части черепа, плотность которых в условиях невесомости возрастает, что обусловлено естественным компенсаторным ответом на изменяющуюся нагрузку. Данные состояния серьезно влияют на физическое здоровье космонавтов и возможность выполнения ими своих основных задач. В условиях космического полета для оценки физического состояния человека проводили измерения объема мышц [39], динамометрию, миографию [40], тензометрию, биоимпедансометрию, являющиеся косвенными методами, не дающими ясной картины происходящих в организме процессов. В предполетном и раннем послеполетном периодах проводили обследования с использованием неинвазивного метода остеоденситометрии [41]. Установлено, что влияние микрогравитации не ограничивается развитием остеопении, а сопровождается перераспределением минеральной плотности костной ткани.

Состояние мышечной системы и эффективность тренировок перед выходом в открытый космос оценивают методом велоэргометрии; на результаты оказывают влияние возраст, состояние сердечно-сосудистой системы, утомление. Более того, требуется наличие данных о предыдущих измерениях исследуемого.

Оптимальным является определение клинических молекулярных маркеров, проводимое непосредственно в процессе полета и позволяющее оценивать как общее состояние, так и его изменение под воздействием нагрузок и других внешних факторов. Часть маркеров являются низкомолекулярными соединениями и выводятся почками, что делает доступным их определение в моче, в то время как другие маркеры не способны пройти почечный барьер, и их определение возможно только в крови.

Повреждение мышечной системы можно устанавливать по уровню креатинкиназы, что было реализовано в работе [42], однако данный параметр неспецифичен относительно вида мышечной ткани и может свидетельствовать о повреждении как скелетной мышцы, так и миокарда.

Резорбция кости — сравнительно медленный процесс, осуществляемый остеокластами. Активированный остеокласт фиксируется специфическими белками интегринами к костному матриксу и запускает синтез катепсина-К, который относится к кислым протеазам, способным разрушать структурный коллаген первого типа, составляющий более 80% органического вещества кости. В результате этого процесса в кровоток попадают крупные фрагменты коллагена, содержащие большое количество пиридиновых сшивок. Остеокласты синтезируют матриксные металлпротеазы, в результате работы которых в очаге резорбции в кровоток попадают крупные фрагменты коллагена, состоящие из двух С-телопептидов коллагена первого типа, быстро выводящихся с мочой. Третьим важным компонентом резорбции кости является трансмембранный транспорт в клетку продуктов разрушения матрикса с помощью тартрат-резистентной кислой фосфатазы. В процессе резорбции происходит высвобождение ионов кальция и рост его концентрации в крови, что может способствовать развитию уро- и нефролитиаза. В исследовании [43] показано повышенное содержание кальция в утренней моче и предложено использовать его определение для контроля состояния костной системы. Однако концентрация ионизированного кальция зависит не только от процессов, происходящих в костной ткани, что существенно снижает диагностическую ценность его определения.

Таким образом, С-телопептид коллагена, пиридиновые сшивки (пиридинолин и деоксипиридинолин) и тартрат-резистентная кислая фосфатаза являются удобными маркерами костной резорбции.

Параллельно костной резорбции идет процесс формирования костной ткани остеобластами. Резорбционную гаушипову лакуну заполняют фибробласты и остеобласты, синтезирующие коллаген первого типа, формируя остеоид. В процессе созревания коллагена от него отщепляется определяемый в крови N-пропептид (P1NP, амино-терминальный пропептид проколлагена 1-го типа), который можно рассматривать как маркер формирования костного матрикса. В то же время высокая механическая прочность кости обеспечивается минеральной составляющей, в формировании которой важную роль играет неколлагеновый белок остеокальцин, способствующий минерализации кости за счет укладки ориентированных кристаллов гидроксиапатита [44]. В формировании костного матрикса участвует фермент щелочной фосфатазы, точная функция которой до сих пор неизвестна. Учитывая, что недостаточный уровень кальция в крови может препятствовать формированию новой кости или провоцировать снижение минерализации, при толковании результатов исследования необходимо учитывать уровень ионизированного кальция в крови [45].

Ранее проведенные исследования показали снижение P1NP и костной щелочной фосфатазы уже к 8-м суткам пребывания в условиях невесомости. Одновременно повышались такие маркеры костной резорбции, как пиридиновые сшивки и С-телопептиды коллагена первого типа в крови и моче [46].

Влияние на процессы костного ремоделирования не ограничивается гиподинамией и ортостатической гипотензией. Направление протекающих процессов регулируется гуморальной системой, в том числе стероидными гормонами. Космический полет связан с серьезными физическими и психоэмоциональными нагрузками, что ведет к выработке кортизола. Кортизол препятствует формированию новой костной ткани, сдвигая равновесие костного ремоделирования в сторону нарушения трофики костной ткани и резорбции [47].

В контексте потери костной тканью своей обычной структуры в условиях космического полета представляет интерес участие микро-РНК в регуляции образования костной ткани de novo. Для проверки гипотезы об изменении секреции микро-РНК остеобластами человека в условиях микрогравитации была изучена экспрессия микро-РНК в бедренной кости крыс. Были выявлены 14 микро-РНК, значимо снижающих экспрессию в условиях моделирования невесомости, и 5 микро-РНК, экспрессия которых в этих условиях значимо увеличивалась. Основными мишенями, регулируемыми данными микро-РНК, были гены сигнального пути Wnt/β-катенин и эстроген-опосредованной регуляции клеточного цикла [48]. Предполагается, что полученные результаты могли бы косвенно свидетельствовать о состоянии костной ткани космонавта, однако подобные результаты в литературе на данный момент отсутствуют.

В 2014–2015 гг. НАСА проводило исследования содержания в моче соединений, отражающих состояние опорно-двигательной системы: мочевины, фосфора и кальция, креатинина. Результаты представляли в виде отношения к креатинину как показателю, отражающему скорость клубочковой фильтрации. Отмечено временное снижение соотношений мочевина/креатинин и фосфор/креатинин, одновременно наблюдали повышение соотношения кальций/креатинин [49].

Исследование протеома мочи после длительного космического полета показало исчезновение пептидов: рецептора тирозинкиназы (IPI00296992); цитоскелетного кератина-1 (IPI00009865); связанного с G-белком рецептора из семейства C (IPI00789902); ингибитора интер-α (глобулина) H4 (IPI00944960) и белка гена SERPING1 (IPI00879931) [41][50].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов проведенных исследований позволяет заключить, что наиболее перспективными для оценки состояния организма человека в условиях невесомости (микрогравитации) являются маркеры следующих систем: костной, системы свертывания крови, иммунной системы.

Развивающееся в результате микрогравитации снижение плотности костной ткани потенциально несет риски травматизма, например при возвращении космонавтов на Землю, поэтому мониторинг состояния костного скелета человека является актуальной проблемой лабораторной диагностики. Наиболее информативными маркерами образования новой костной ткани могут служить P1NP, костная щелочная фосфатаза и остеокальцин, а ее лизиса — С-телопептид коллагена, пиридиновые сшивки (пиридинолина и деоксипиридинолина) и тартрат-резистентная кислая фосфатаза. Микро-РНК также являются перспективными маркерами состояния опорно-двигательного аппарата, однако их участие в регуляции ряда систем организма не позволяет судить о процессах в костной ткани по отдельно взятым микро-РНК. Выходом из данной ситуации может быть многопараметрический анализ набора из нескольких микро-РНК. Своего технологического решения требует также трудность постановки ПЦР в условиях невесомости.

К патологиям сердечно-сосудистой системы, риск которых повышается в условиях микрогравитации, относится уменьшение микроциркуляции и развитие тромбозов. Наиболее информативными маркерами риска и динамики развития тромботических осложнений, согласно доступным данным литературы, могут служить РФМК, фактор XI, фибриноген, фибринопептид А и ингибитор активатора плазминогена серпин-3. Микро-РНК семейств miR-125, miR-16 и let-7a/7c также являются перспективными молекулярными маркерами осложнений со стороны сердечно-сосудистой системы.

В данной работе не рассмотрены маркеры состояния ЦНС. В настоящее время отсутствуют однозначные молекулярные и биохимические маркеры, позволяющие диагностировать конкретное неврологическое нарушение, а также выявить различия между здоровыми людьми и пациентами с нарушениями деятельности ЦНС. Дополнительно нарушения функционирования ЦНС у человека выявляются уже на этапе отбора специалистов к полетам.

Увеличение длительности пребывания в условиях микрогравитации, в том числе связанное с перспективой осуществления пилотируемых межпланетных полетов, выдвигает новые требования к контролю состояния здоровья космонавтов. Актуальным является тотальный мониторинг состояния организма, однако ввиду ограничений в условиях космической станции необходимо сосредоточиться на постепенном внедрении диагностических маркеров — анализаторов для работы в условии микрогравитации и последующем расширении панели. Например, по мнению авторов, стоит рассмотреть биологические маркеры, характеризующие процесс ремоделирования костной ткани, характеризующийся резорбцией костной ткани нижних отделов тела, гиперминерализацией костей черепа и шейных отделов позвоночника. При этом аналитические системы на основе микрофлюидных технологий представляются наиболее перспективным инструментом для мониторинга данных маркеров во время космического полета.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства критериям ICMJE. Наибольший вклад распределен следующим образом: В.А. Иванов, Я.Д. Шанский — концепция, дизайн исследования, сбор информации, работа с литературой, написание текста; К.А. Прусаков — редактирование текста; Ю.А. Беспятых, Д.В. Басманов — концепция, дизайн исследования, редактирование текста, общее руководство.