Космические полеты за пределы магнитного поля Земли, такие как высадка на Луну в 1969 году, вызывают определенные проблемы со здоровьем. Они включают, например, потерю костной массы, ослабление сердца и зрения, а также развитие камней в почках.

Считается, что многие из этих проблем возникают из-за воздействия космического излучения, такого как солнечный ветер и галактическое космическое излучение (ГКЛ) из глубокого космоса, от которого на Земле защищает магнитное поле. Оно же частично помогает избежать облучения и во время полетов на низкой околоземной орбите. Из всех космонавтов и астронавтов лишь 24 человека, побывавшие на Луне, подверглись явному воздействию космического излучения, и то в течение короткого времени – от 6 до 12 дней.

Поэтому до сих пор оставалось неизвестным, какие изменения могут произойти в почках и других органах во время путешествий за пределами магнитного поля Земли в течение более длительных периодов времени.

"Мы знаем, что случилось с астронавтами во время относительно коротких космических миссий, проведенных до сих пор, с точки зрения увеличения количества проблем со здоровьем, таких как камни в почках. Чего мы не знаем, так это того, почему возникают эти проблемы и что произойдет во время длительных полетов, таких как предлагаемая миссия на Марс", – говорит первый автор научной работы Кит Сью.

В новом исследовании группа ученых из более чем 40 учреждений на пяти континентах провела ряд экспериментов и анализов, чтобы выяснить, как почки реагируют на космический полет. Были проведены биомолекулярные, физиологические и анатомические оценки с использованием данных из 20 исследовательских когорт. Сюда вошли образцы из более чем 40 космических полетов на низкую околоземную орбиту с участием людей и мышей, большинство из которых побывали на Международной космической станции, а также 11 космических симуляций с участием мышей и крыс.

В семи симуляциях участвовали мыши, подвергшиеся воздействию смоделированных доз ГКЛ, эквивалентных 1,5-летней и 2,5-летней миссии на Марс, имитирующей космический полет за пределами магнитного поля Земли.

Результаты показали, что почки как человека, так и животных "реконструируются" под воздействием условий космоса, при этом определенные канальцы, ответственные за точную настройку баланса кальция и соли, проявляют признаки сжатия после менее чем месяца пребывания за пределами магнитного поля Земли. Исследователи говорят, что вероятной причиной этого является микрогравитация, а не ГКЛ, хотя необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, может ли взаимодействие этих двух факторов ускорить или ухудшить структурные изменения.

Ранее предполагалось, что основная причина образования камней в почках во время космических полетов связана исключительно с потерей костной массы, вызванной микрогравитацией, что приводит к накоплению кальция в моче. Свежие результаты  показали, что во время космического полета фундаментально меняется способ переработки солей почками, что, вероятно, является основным фактором образования камней.

Возможно, самым тревожным открытием, по крайней мере для любого астронавта, планирующего трехлетнее путешествие на Марс, является то, что почки мышей, подвергшихся воздействию радиации, имитирующей ГКЛ в течение 2,5 лет, оказались необратимо поврежденными и утратили свою функцию.

"Астронавт сможет добраться до Марса, но, если мы не разработаем новые способы защиты почек, то на обратном пути ему может понадобиться диализ. Мы знаем, что почки поздно проявляют признаки радиационного поражения; к тому времени, когда это станет очевидным, вероятно, будет слишком поздно предотвращать проблему, которая может поставить под вопрос успех всей миссии", – объясняет Сью.  

Результаты этого исследования выявили серьезные препятствия для осуществления пилотируемого полета на Марс, но ученые считают, что лучше знать об этом заранее – так можно разработать способ защиты астронавтов.

"Наше исследование подчеркивает тот факт, что если вы планируете космическую миссию, почки действительно имеют значение. Вы не можете защитить их от галактической радиации с помощью экранирования, но по мере того, как мы узнаем больше о биологии почек, возможно, появится возможность разработать технологические или фармацевтические меры для облегчения длительных космических путешествий, – говорит старший автор исследования профессор Стивен Б. Уолш. – Любые лекарства для астронавтов, также могут быть полезны здесь, на Земле, например, позволяя почкам больных раком переносить более высокие дозы лучевой терапии".

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.