Воздействие космического полета на кожу человека

Кожа человека является местом обитания сложного и богатого микробного сообщества, называемого микробиомом. Космические полеты вызывают значительные и специфические изменения в микробиоме кожи. Понимание природы этих изменений является ключом к управлению здоровьем космонавтов и техническому обслуживанию МКС и других космических кораблей. В этой статье будут рассмотрены основные факторы, с которыми приходится сталкиваться в космосе, и их влияние на кожу человека.

Болезни кожи, проявляющиеся во время космических полетов

Согласно медицинским записям изменение состояния кожи космонавтов представляют серьезную проблему. Самые частые проблемы экипажа - эритема, шелушение, сухость, жжение, зуд, чувствительность, истончение и замедленное заживление. Экипировка и космическая пыль могут повредить кожу человека и вызывать раздражение, кровоподтеки и ссадины, были зарегистрированы даже обморожения, экхимозы и онихолизис. Кожные заболевания, такие как псориаз, себорейный дерматит, атопический дерматит, контактный дерматит, фолликулит, розацеа и акне могут обостряться. Могут возникать бактериальные, грибковые и вирусные инфекции, отмечена реактивация вирусов герпеса, вызывающих опоясывающий лишай, а также задокументировано увеличение частоты аллергий.

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) провело Лонгитюдное исследование состояния здоровья астронавтов в 1992 году для решения целого ряда вопросов, включая как состояние здоровья астронавтов во время космического полета, так и долгосрочные проблемы со здоровьем, которые могут быть связаны с космическими полетами и летной подготовкой, включая возможность того, что повышенное воздействие радиации в космосе может повлиять на случаи рака кожи. Исследование выявило 33 случая базальной и плоскоклеточной карциномы кожи у 312 астронавтов по сравнению с 27 случаями среди 912 из контрольной группы, разница в частоте почти в 3 раза, что является статистически значимой величиной. Но к этим результатам следует относиться осторожно, так как астронавты проводили значительно больше времени время на открытом воздухе как для тренировок, так и для отдыха, по сравнению с контрольной группой.

Физиология кожи в условиях микрогравитации

В ходе эксперимента Tronnier H. et al в 2008 году были проанализированы эпидермис и дерма астронавта МКС перед полетом, в полете и после него.


Tronnier H, Wiebusch M, Heinrich U. Change in skin physiological parameters in space: report on and results of the first study on man.


Для исследования были выбраны одинаковые участки на внутренних поверхностях обоих предплечий. Оказалось, что после длительного пребывания в невесомости кожа подверглась ускоренному старению с истончением и огрублением эпидермиса и потерей эластичности. Эти изменения оказались обратимыми, поскольку через год состояние кожи вернулось к норме.

Позже в 2018 году был запущен проект Skin-B для исследования кожей на 6 астронавтах во время космического полета. На орбите измеряли гидратацию, барьерную функцию и оценку рельефа кожи (SELS; камера VisioScan® VC98). Также оценивали эластичность, плотность, толщину и микроциркуляцию кожи. Было отмечено улучшение гидратации кожи и барьерной функции кожи. В настоящем исследовании не было обнаружено ухудшения состояния кожи, а скорее улучшение гидратации и барьерной функции кожи, а также никаких изменений или улучшений внешнего вида поверхности кожи. Кроме того, показатели плотности и толщины кожи, а также эластичности кожи не изменились по сравнению с предполетными значениями.  Эти результаты соответствуют некоторым сообщениям других астронавтов после возвращения из полета. Было задокументировано более быстрое заживление кожи, уменьшение растрескивания кожи в ходе полета и уменьшение необходимости использования средств для кожи, чем на Земле. Авторы исследования Skin-B объясняют эти различия улучшением космических условий, такими как использование более совершенных тренажеров и улучшенное питание на борту МКС.

 В ходе проекта Skin-B авторы измерили профиль рельефа кожи с помощью SELS и после интерпретации своих результатов пришли к выводу, что необходимо более внимательно изучить фактор смещения жидкости, когда кровь перемещается к верхним частям тела. Они выяснили, что только параметр объема кожи приводит к значимым данным в условиях микрогравитации, а формулы для параметров SELS, таких как шероховатость, шелушение и морщины, нуждаются в пересмотре.

Исследование на 3 мышах, проведших 3 месяца на орбите, показало значительное уменьшение толщины дермы, сопровождающееся увеличением количества, синтезированного проколлагена. е Данные транскрипции РНК показали, что атрофия кожи может быть связана с ранней деградацией вновь образованных дефектных молекул проколлагена. Наблюдалось множество волосяных фолликулов в фазе анагена, что подтверждалось повышенной экспрессией специфических генов волосяных фолликулов. Кроме того, анализ кожи по всей поверхности показал, что большая часть активированных транскриптов кодирует белки, связанные с гомеостазом поперечно-полосатых мышц.


Neutelings T, Nusgens BV, Liu Y, Tavella S, Ruggiu A, Cancedda R, et al. Neutelings T, Nusgens BV, Liu Y, Tavella S, Ruggiu A, Cancedda R, et al. Skin physiology in microgravity: a 3-month stay aboard ISS induces dermal atrophy and affects cutaneous muscle and hair follicles cycling in mice. NPJ Microgravity 2015;1:15002


Другое исследование Terada M. et al в 2016 году, в котором анализировалась экспрессия генов в волосяных фолликулах 10 астронавтов, показало, что гены, связанные с ростом волос, такие как фактор роста фибробластов 18 ( FGF 18), ангиопоэтин-подобный белок 7 (ANGPTL7) и олигомерный матриксный белок хряща, активизировались во время полета, что позволяет предположить, что космический полет подавляет пролиферацию клеток в волосяных фолликулах.

Исследование на мышах во время полета космического челнока Atlantis (STS-135) показало, что в экспериментальной группе многие гены, ответственные за регуляцию выработки и метаболизма активных форм кислорода (АФК), стали активнее в 1,5 раза по сравнению с контрольной группой. Что касается профиля внеклеточного матрикса, то несколько генов, кодирующих его и выработку металлопротеиназы, также значительно изменились (повышены / понижены). Из 332 биохимических маркеров 19 значительно отличались от контрольной группы, при этом 12 были сверхактивны, а 7 - подавлены, включая изменение аминокислотного, углеводного обмена, клеточной сигнализации и путей трансметилирования. Данные показали, что условия космического полета приводят к сдвигу в биологическом и метаболическом гомеостазе вследствие усиления регуляции клеточных антиоксидантов, выработки АФК и ремоделирования тканей.

Влияние биозагрязнения на борту МКС на микробиом кожи

Различные бактерии, грибки и вирусы населяют кожу человека. Эти микроорганизмы индивидуальны и различаются на разных участках кожи. Некоторые микробы попадают на МКС, когда прибывают новые члены экипажа или полезная нагрузка, а некоторые были обитателями с самого начала, когда станция была изготовлена.

При первоначальных исследованиях поверхностей на борту российского сегмента МКС преобладали грамположительные представители родов Staphylococcus, Micrococcus, Bacillus и Streptococcus, что свидетельствует о том, что биологическая среда формировалась, в основном, за счет жителей кожи членов экипажа. Также присутствовали грамотрицательные бактерии и грибки.

 В пробах воздуха доминирующими грибами были Aspergillus и Penicillium, в то время как на образцах поверхности доминировали Aspergillus и Cladosporium . Аналогичные наблюдения были сделаны после отбора проб в лаборатории Destiny NASA и на объекте Японского агентства аэрокосмических исследований Kibo на борту МКС, где ранее также были обнаружены виды Alternaria и Malassezia .

Виды стафилококка, выделенные из воздуха МКС и с кожи членов экипажа, были устойчивы по крайней мере к одному антибиотику, используемому на борту МКС. Резистентность к рифампицину из-за более высокой частоты мутаций Staphylococcus epidermidis, культивируемого на МКС по сравнению с наземным контролем, была подтверждена в ходе исследования в рамках миссии SpaceX-3 по пополнению запасов, показавшего, что условия космического полета человека приводят к изменениям мутагенного потенциала бактерий. Было проведено множество других исследований, в ходе которых анализировались пробы поверхности и воздуха МКС для оценки преемственности и персистенции микробных сообществ, профилей их устойчивости к противомикробным препаратам и свойств вирулентности. Эти исследования выявили богатство микробного разнообразия внутри МКС и подтвердили предыдущие результаты, показывающие, что виды бактерий и грибков, ассоциированные с кожей, играют важную роль в биоме космической станции. Некоторые из них довольно опасны, так как демонстрируют признаки устойчивости к противомикробным препаратам, связанные с β-лактамом, катионным противомикробным пептидом и ванкомицином. Основными факторами вирулентности были устойчивость к кобальту, цинку и кадмию, а также множественная лекарственная устойчивость.

В одном исследовании изучались изменения микробиома кожи 9 астронавтов, которые провели от 6 до 12 месяцев на МКС. Окружающая среда МКС по-разному влияла на микробиоту кожи лба и предплечий. Несмотря на различия микробиомов кожи астронавтов, наблюдался общий сдвиг в микробном составе кожи всех членов экипажа. Эти изменения включали значительное сокращение в полете количества протеобактерий, в основном гаммапротеобактерий и бетапротеобактерий, с сопутствующим увеличением Firmicutes, включая виды стафилококков и стрептококков.

 Снижению количества гаммапротеобактерий и бетапротеобактерий могут способствовать различные факторы, такие как отсутствие “зеленой” природной среды, постоянная фильтрация воздуха и изменение структуры кожи во время космического полета. Уменьшение количества гаммапротеобактерий в коже может способствовать увеличение количества аллергических реакций / высыпаний и кожных инфекций. Изменение структуры кожи также может способствовать возникновению кожных инфекций, вызываемых условно-патогенными микроорганизмами, такими как виды стафилококков и стрептококков.

Обсуждение проблемы

Деятельность человека в области космических полетов на низкой околоземной орбите находится на переходном этапе, поскольку существует развивающаяся отрасль: космический туризм.

Следовательно, становится все более важным лучше понимать проблемы со здоровьем человека во время космических миссий и оптимизировать медицинское обслуживание в космосе, которое включает оптимальные методы ухода за телом.  В условиях микрогравитации частицы пересушенной кожи или мозоли на ногах просто плавают в воздухе; следовательно, система вентиляции станции должна работать должным образом.

Использование систем визуализации NASA облегчает диагностику состояний, связанных со здоровьем, и хирурги экипажа периодически обсуждают все проблемы со здоровьем каждого члена экипажа, чтобы начать лечение надлежащими лекарствами. Телемедицина может хорошо функционировать для астронавтов на МКС, но по мере удаления от Земли у них будет увеличиваться задержка связи, поэтому подход к оказанию медицинской помощи необходимо будет изменить. Экипажи должны быть более автономными, и на борту должен быть врач.

Необходимо провести исследования по профилактике рака кожи и продолжить изучение взаимосвязи между радиацией и микрогравитацией. Эксперименты с обыкновенным палочником (Carausius morosus) показали аномальную дифференцировку в условиях космической микрогравитации, а рецессивные летальные мутации были вызваны космической радиацией у потомства плодовых мушек, показывая, что микрогравитация и космическая радиация могут вместе повышать частоту мутаций.

 Было высказано предположение, что речь идет об ингибировании репарации повреждений ДНК и накоплении белка, связанного со стрессом. Напротив, некоторые космические эксперименты показали, что микрогравитация не влияла на частоту мутаций и активность репарации ДНК в Escherichia coliBacillus subtilisDictyostelium discoideumSaccharomyces cerevisiae и клетках человека.

Измерения космической радиации в ходе миссии "Shuttle-Mir mission 9" показали, что дозы различались в тканях и органах человеческого организма. Наблюдалась тенденция к воздействию высоких доз космической радиации на поверхность тела (кожу) и выступающие приповерхностные элементы (например, поверхности костей плеча) и к получению низких доз внутренними областями (например, костный мозг и толстую кишку). Эти данные подчеркивают важность систем радиационной защиты для путешествий в космосе.

Нарушение регуляции иммунной системы человека в космосе включает изменение функции лейкоцитов, моноцитов и гранулоцитов, изменение паттернов выработки цитокинов, снижение чувствительности костного мозга к колониестимулирующим факторам, изменение внутриклеточной сигнализации Т-клеток, стойкие реакции гиперчувствительности, ингибирование активности естественных клеток-киллеров и очевидный сдвиг потенциала Т-хелпера-2. Это означает, что астронавты более восприимчивы к инфекциям. Мероприятия по снижению риска заражения перед космическими полетами включают вакцинацию. Из-за возможной реактивации вирусов герпеса следует упомянуть вакцину против вируса ветряной оспы. Скрининг астронавтов как на метициллинчувствительный, так и на метициллинрезистентный золотистый стафилококк важны. Недавние исследования показали, что колонизация кожи и носа внеклеточным сериновым протеазным штаммом, продуцирующим Staphylococcus epidermidis, избирательно ингибирует золотистый стафилококк, колонизацию носа и образование биопленки. Таким образом, несколько далеко идущие контрмеры могут включать колонизацию кожи и ноздрей астронавтов перед полетом внеклеточным сериновым протеазным эпидермальным стафилококком.

Недавнее исследование НАСА, в котором сравнивалось влияние условий космического полета на пару астронавтов-монозиготных (идентичных) близнецов, подчеркивает важность измерения одних и тех же переменных у астронавта и у его близнеца, направляющегося на Землю, поскольку предыдущие исследования не могли интегрировать одновременное воздействие на несколько систем и типов данных у одного и того же субъекта. Одно из предыдущих наблюдений, подтвержденных этим исследованием, заключалось в том, что некоторые физиологические адаптации, такие как смещение жидкости в направлении головы, происходят быстро и достигают нового устойчивого состояния в течение нескольких дней. Однако это смещение жидкости оказывает влияние во время измерений на параметры шероховатости и шелушения кожи, морщины. Это необходимо учитывать при использовании таких методов, как SELS.

Необходимы дальнейшие и постоянные тесты на большем количестве испытуемых, чтобы свести к минимуму вызванные космосом повреждения кожи. Возможные уроки, извлеченные в результате освоения космоса, также окажут влияние на здоровье людей на Земле. Фактически, это продуктивное, взаимообогащающее направление, в рамках которого исследования, проводимые на Земле, приводят к принятию контрмер для защиты здоровья космического экипажа, а космические исследования преобразуются в меры по охране здоровья населения Земли.

Источник

Farkas Á, Farkas G. Effects of Spaceflight on Human Skin. Skin Pharmacol Physiol. 2021;34(5):239-245. doi: 10.1159/000515963. Epub 2021 May 31. PMID: 34058745.

 

Прочитано: 230
Telegram