Динамика гепсидина, эритропоэтина, С-реактивного белка и маркеров эритропоэза у космонавтов в раннем послеполетном периоде

Введение. Длительные космические полеты сопровождаются существенными изменениями метаболизма железа, заключающимися в накоплении ферритина, снижении концентрации сывороточного Fe³⁺ и трансферрина, а также развитии признаков «космической анемии». Избыточное депонирование железа может нарушать костный и мышечный метаболизм, ослаблять иммунитет и повышать чувствительность к радиации. Уровень железа в сыворотке крови строго регулируется за счет модуляции его всасывания в кишечнике, рециркуляции в макрофагах, мобилизации запасов в тканях и эритропоэза, в том числе с помощью ключевых гормонов — гепсидина и эритропоэтина. Понимание регуляторных механизмов обмена железа и эритропоэза необходимо для разработки мер профилактики анемии в условиях будущих межпланетных миссий.

Цель. Оценка динамики содержания гепсидина, эритропоэтина, С-реактивного белка и маркеров эритропоэза в крови космонавтов в раннем периоде восстановления после полетов различной продолжительности на международной космической станции.

Материалы и методы. Обследовано 40 космонавтов мужского пола, разделенных на три группы по продолжительности полетов: группа А — 8–14 сут (n = 9), группа Б — 125–215 сут (n = 27), группа В — 340–371 сут (n = 4). Венозную кровь забирали за 45–30 сут до полета и на 1-е и 7-е сут периода восстановления. Концентрацию С-реактивного белка определяли методом иммунотурбидиметрии, гепсидина и эритропоэтина — методом иммуноферментного анализа. Статистическую обработку проводили с использованием критериев Шапиро – Уилка, Вилкоксона, Фридмана и корреляции Спирмена. Различия считали значимыми при р < 0,05.

Результаты. На 1-е сут периода восстановления у всех космонавтов достоверно повышался уровень С-реактивного белка, а содержание гепсидина снижалось (статистически значимо — в группе А). На 7-е сут уровень эритропоэтина достоверно увеличивался у космонавтов группы Б. Корреляционный анализ выявил обратную зависимость между количеством эритроцитов и суммарной продолжительностью пребывания на околоземной орбите, а также прямые взаимосвязи длительности полета с шириной распределения эритроцитов по объему и средним объемом эритроцитов.

Выводы. Факторы космического полета и стресс-реакция при послеполетной реадаптации провоцируют неспецифическое воспаление с последующим перераспределением и депонированием железа в тканях. Активация стрессового эритропоэза является одним из основных факторов, обеспечивающих высвобождение железа для синтеза гемоглобина в раннем восстановительном периоде. Выраженность изменений в системе эритропоэза зависит от продолжительности орбитальных экспедиций.

1. Afshinnekoo E, Scott RT, MacKay MJ, Pariset E, Cekanaviciute E, Barker R, et al. Fundamental biological features of spaceflight: advancing the field to enable deepspace exploration. Cell. 2020;183(5):1162–84. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.008

2. Nay K, Koechlin-Ramonatxo C, Rochdi S, Island ML, Orfila L, Treffel L, et al. Simulated microgravity disturbs iron metabolism and distribution in humans: Lessons from dry immersion, an innovative ground-based human model. The FASEB Journal. 2020;34(11):14920–9. https://doi.org/10.1096/fj.202001199RR

3. Trudel G, Shahin N, Ramsey T, Laneuville O, Louati H. Hemolysis contributes to anemia during long-duration space flight. Nature Medicine. 2022;28(1):59–67. https://doi.org/10.1038/s41591-021-01637-7

4. Zwart SR, Morgan JL, Smith SM. Iron status and its relations with oxidative damage and bone loss during long-duration space flight on the International Space Station. The American Journal of Clinical Nutrition. 2013;98(1):217–23. https://doi.org/10.3945/ajcn.112.056465

5. Chen X, Yang J, Dong D, Lv H, Xhao B, Xue Y, et al. Iron overload as a high risk factor for microgravity-induced bone loss. ActaAstronautica. 2019;164:407–14. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.07.034

6. Varghese J, Varghese James J, Karthikeyan M, Rasalkar K, Raghavan R, Sukumaran A, et al. Iron homeostasis is dysregulated, but the iron-hepcidin axis is functional, in chronic liver disease. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2020;58:126442. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2019.126442

7. Агуреев НА, Белаковский МС. Вопросы питания в межпланетных космических полетах. Воздушно-космическая сфера. 2021;1:44–57. https://doi.org/10.30981/2587-7992-2020-106-1-44-57

8. Smith SM, Zwart SR, Kloeris V, Heer M. Nutritional biochemistry of space flight. New York: Nova Science Publishers; 2009. https://doi.org/10.1016/s0065-2423(08)00403-4

9. Charlebois E, Pantopoulos K. Nutritional aspects of iron in health and disease. Nutrients. 2023;15(11):2441. https://doi.org/10.3390/nu15112441

10. Серова АВ, Журавлева ОА, Рыкова МП, Антропова ЕН, Маркин АА. Морфофункциональное состояние эритроцитов у космонавтов после полетов различной продолжительности на Международной космической станции. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2024;58(4):25–31. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2024-58-4-25-31

11. Серова АВ, Журавлева ОА, Лабецкая ОИ, Вострикова ЛВ, Маркин АА. Обмен железа у космонавтов в ранний период восстановления после орбитальных полетов различной продолжительности. Физиология человека. 2025;51(5):89–100. EDN: TPWNQG

12. Buchheim JI, Matzel S, Rykova M, Vassilieva G, Ponomarev S, Nichiporuk I, et al. Stress related shift toward inflammaging in cosmonauts after long-duration space flight. Frontiers in Physiology. 2019;10:85. https://doi.org/10.3389/fphys.2019.00085

13. Persson PB, Wenger RH, Lundby C, Gunga HC. Did you know? Neocytolysis, how to halt EPO? Acta Physiologica. 2016;218(1):5–6. https://doi.org/10.1111/apha.12682

14. Kunz H, Quiriarte H, Simpson RJ, Ploutz-Snyder R, McMonigal K, Sams C, et al. Alterations in hematologic indices during long-duration spaceflight. BMC Hematology. 2017;17:12. https://doi.org/10.1186/s12878-017-0083-y

15. Papanikolaou G, Pantopoulos K. Systemic iron homeostasis and erythropoiesis. IUBMB Life. 2017;69(6):399–413. https://doi.org/10.1002/iub.1629

16. Григорьев АИ, Иванова СМ, Моруков БВ, Максимов ГВ. О формировании клеточной гипоксии при действии факторов длительного космического полета. Доклады академии наук. 2008;422(6):823–6. Grigor’ev AI, Ivanova SM, Morukov BV, Maksimov GV. Development of cell hypoxia induced by factors of longterm spaceflight. Doklady Biochemistry and Biophysics. 2008;422(1):308–11. EDN: ITDWUZ https://doi.org/10.1134/S1607672908050141

17. Сахин ВТ, Кремнева НВ, Гордиенко АВ, Рукавицын ОА. Эритроферрон: современные представления о значении в регуляции обмена железа. Клиническая онкогематология. 2017;10(1):25–8. https://doi.org/10.21320/2500-2139-2017-10-1-25-28

18. Bennett LF, Liao C, Quickel MD, Yeoh BS, Vijay-Kumar M, Hankey-Giblin P, et al. Inflammation induces stress erythropoiesis through heme-dependent activation of SPI-C. Science Signaling. 2019;12(598):eaap7336. https://doi.org/10.1126/scisignal.aap7336

19. Caiado F, Pietras EM, Manz MG. Inflammation as a regulator of hematopoietic stem cell function in disease, aging, and clonal selection. Journal of Experimental Medicine. 2021;218(7):e20201541. https://doi.org/10.1084/jem.20201541

20. Akilesh HM, Buechler MB, Duggan JM, Hahn WO, Matta B, Sun X, et al. Chronic TLR7 and TLR9 signaling drives anemia via differentiation of specialized hemophagocytes. Science. 2019;363:eaao5213. https://doi.org/10.1126/science.aao5213

21. Ruan B, Paulson RF. Metabolic regulation of stress erythropoiesis, outstanding questions, and possible paradigms. Frontiers in Physiology. 2023;13:1063294. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1063294

22. Михайлис АА. Концептуальная модель стресс-индуцированной динамики кислотно-гемолитической стойкости эритроцитов. Современные наукоемкие технологии. 2010;10:19–23. EDN: MSXQUF

23. Иванова СМ, Моруков БВ, Лабецкая ОИ, Ярлыкова ЮВ, Левина АА, Козинец ГИ. Морфобиохимические исследования системы красной крови у членов экипажей основных экспедиций на Международную космическую станцию. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2006;40(3):9–15. EDN: HUZZIT