Национален център за аеронавтика и космическа администрация Ames, Moffett Field 94035-1000;

Национален център за аеронавтика и космическа администрация „Еймс“, Moffett Field 94035-1000;

Университет на Калифорния и Медицински център по въпросите на ветераните, Сан Диего, Калифорния 92161;

Медицинско училище „Морхаус“, Атланта, Джорджия 30310; и

Институт за биомедицински проблеми, 123007 Москва D-7, Русия

Национален център за аеронавтика и космическа администрация Ames, Moffett Field 94035-1000;

Национален център за аеронавтика и космическа администрация Ames, Moffett Field 94035-1000;

Резюме

При млади маймуни са докладвани измервания преди и след полета на параметрите на калциевата хомеостаза и някои от хормоните, участващи в регулирането на активността на костните клетки от предишни полети на Cosmos (16, 26). Сравненията с човешки данни са ограничени по възраст, различия в видовете в метаболизма на калция и липсата на екземпляри по време на полет за анализ при нечовешкия примат. В рамките на 24 часа след кацането пет от шест полетни животни показват повишаване на серумния калций. Установено е, че серумният паратиреоиден хормон и калцитонинът са намалени при две маймуни след Cosmos 2044. Хранителният статус на витамин D, както е отразено в серумния 25-хидроксивитамин D, намалява в рамките на нормата при две и не се променя при други две маймуни нивата бяха увеличени трикратно от витаминни добавки преди полета (5). При маймуната не са извършени измервания след полет на хормона на витамин D 1,25-дихидроксивитамин D или на 24,25-дихидроксивитамин D, производно на витамин D, което инициира път на разграждане (33).

Нашата цел при оценката на калциевата ендокринна система след полет беше да потвърдим съобщените резултати и да ги разширим, като включим измервания на 1,25-дихидроксивитамин D, 24,25-дихидроксивитамин D и абсорбция на калций в червата при животни с ясни разлики в костната хистоморфометрия между полетните животни и контроли (38).

Мисия и предмети на Бион 11.

В полетния експеримент имаше седем непълнолетни маймуни (Мука от макака) на възраст 3-4 години, всяка с тегло ~ 4 кг. Тези животни са дошли от басейн с 10 маймуни от центъра за примати в Русия. Те бяха обучени и наблюдавани за период от 2,5 години преди полета в Института за биомедицински проблеми в Москва (IBMP), руския изследователски център за космически полети. Двама бяха избрани за полет (№ 484 и 357) и пет за полетни симулационни проучвания, проведени по различно време във връзка с полета, както е показано на Фиг. 1 [едновременно с полета (№ 447 и 396), 16 дни след полет (№ 501 и 534) и 44 дни след полет (№ 513)]. Една полетна маймуна (№ 484) е проучена на земята 44 дни след кацане, използвайки същия стол за задържане, както по време на полета. Няма данни за калциеви ендокринни системи, получени от № 396. Биосателитът е изстрелян на 24 декември 1996 г. и е възстановен на 7 януари 1997 г. Полетните животни са транспортирани до IBMP в Москва, където е установено, че са в добро състояние за тестове след полет и кръвни проби на 8 януари.

система

Фиг. 1.Времева линия, показваща кога са проведени 2-седмични наземни симулационни проучвания във връзка с изстрелването на 2-седмичния космически полет. Стрелките с удебелени контури показват полетни маймуни. Една полетна маймуна участва в симулационно проучване> 8 седмици след изстрелването.

Експериментални протоколи.

Анализи на пептиден хормон.

Серумният паратиреоиден хормон и калцитонинът при маймуната, за които е известно, че имат някаква кръстосана реакция с човешките хормони (12, 13), са измерени чрез човешки анализи за паратиреоиден хормон (25) и калцитонин (6). Използваните анализи бяха валидирани за маймуна резус (32). Използвахме шест зрели маймуни резус в Изследователския център на Еймс, за да документираме отговора в анализируем паратиреоиден хормон и калцитонин на калциев глюконат [10% за инжектиране, USP (American Regent Laboratories, Shirley, NY), вливани със скорост от 3 mg/kg над период от 10 минути]. Маймуните са успокоявани за инфузия с 10 mg/kg кетамин хидрохлорид (кетасет). Както е показано на фиг.2, увеличаването на йонизирания серумен калций стимулира увеличаване на серумния калцитонин (P = 0,01) в края на инфузията и намаляване на серумния паратиреоиден хормон (P = 0,06) 10 минути по-късно.

Фиг. 2.A: циркулиращ калцитонин в 6 седативни маймуни след интравенозна инфузия на 10% калциев глюконат, прилагана за 10 минути. Средното ± SD серумно-йонизиран калций се увеличава от 1,25 ± 0,06 до 1,45 ± 0,08 mmol/l по време на инфузията. Средният серумен калцитонин се е увеличил от 36,5 ± 10 на 49,3 ± 12 pg/ml (P = 0,01). Б.: циркулиращ паратиреоиден хормон при 5 успокоени маймуни 10 минути след края на същата 10-минутна калциева инфузия, дадена за стимулиране на калцитонин. След 20 минути серумно-йонизираният калций се е увеличил от 1,25 ± 0,06 на 1,40 ± 0,07, а средните стойности за паратиреоидния хормон са намалели от 32,4 ± 10 на 17,2 ± 6,7 pg/ml (P = 0,06). Различните символи означават различни животни. Паратиреоидният хормон е неоткриваем преди и след вливането на калций в маймуната, пропуснато от проучванията, показани в Б..

Производни на витамин D.

Параметри на калциевата хомеостаза и кортизол.

Йонизираният калций в серума се измерва с анализатор на калций/рН (Ciba-Corning, Medfield, СА). Серумният калций, фосфорът, общият протеин, креатининът и алкалната фосфатаза се анализират с автоматизирана аналитична система (Cobas; Roche Diagnostic Systems, Somerville, NJ). Кортизолът е изследван от търговска RIA (Diagnostic Products, Los Angeles, CA).

Чревна абсорбция на калций.

Диетичният калций се изчислява от дневните записи на приема на храна и анализа на диетите (Covance Laboratories). Фекалният калций се определя чрез химичен анализ на фекална пепел, разтворена в 12 N HCl. Пепелта се приготвя от 1 g аликвоти от фекални хомогенати чрез сушене при 110 ° C (Baxter, Waukegan, IL) за 24 часа и след това опепеляване в пещта при 600 ° C (модел № CP 18210; Sybron/Thermolyne, Dubuque, IO) за 18 часа. Процентът на абсорбция на калций се изчислява като [(диетичен калций - фекален калций)/диетичен калций] × 100.

Статистически разлики по значимост.

Статистически разлики в значимостта (P

Таблица 1. Средно телесно тегло, параметри на калциевата хомеостаза, калциево-регулиращите хормони и алкалната фосфатаза в серума на контролните млади маймуни резус преди и след старта на мисията Bion 11 за установяване на наземни промени с възрастта и нормалния растеж

Стойностите са средни стойности ± SD.

Таблица 2. Ефекти на председателството преди и след космически полет или симулация на полет върху средното телесно тегло, параметри на калциевата хомеостаза, креатинин, азот в уреята в кръвта, производни на витамин D, паратиреоиден хормон, калцитонин, кортизол и алкална фосфатаза в серума на маймуни резус

Стойностите са средни стойности ± SD.

* P † P ‡ P F2-153 P

Таблица 3. Консумация на храна и абсорбция на калций в червата при задържани в стола маймуни Bion 11 на земята и в космоса

Диетична оценка на калция, изчислена чрез преобразуване на приема на диета в суха храна (× 0,268 за храна с полетна паста и × 0,298 за храна със смляна паста) и след това умножаване на приема по концентрация на калций (0,22%).

F3-150 P = 0,02, полет в сравнение с наземна група.

Намаляването на серумния калцитонин е подобно на наблюдението на Korolkov et al. (16) при двамата непълнолетни, полетяли на мисията „Космос 2044“, промяна, която не се отчита при възрастни хора (30). Калцитонинът произхожда от С клетките на щитовидната жлеза. Тъй като една от основните му функции е да инхибира остеокластичната костна резорбция (7), може да се очаква намален циркулиращ калцитонин да благоприятства загубата на кост или да има малко влияние. Точната регулация и ролята на хормона в калциевата хомеостаза е несигурна. От значение за това проучване са скорошни изследвания, които установяват, че 1,25-дихидроксивитамин D, а не серумният калций, за разлика от паратиреоидния хормон, има доминираща роля в регулирането на експресията на гена на калцитонин in vivo при плъхове (24). Тъй като открихме, че калцитонинът и 1,25-дихидроксивитамин D са свързани, можем да предположим, че циркулиращият калцитонин реагира или е резултат от промените в витамин D в космически полет.

Промените в телесното тегло и концентрацията на кортизол в серума разграничават отговора при две полетни животни от този на пет наземни контроли, председателствани по подобен начин. Летящите животни са загубили средно 14% от телесното си тегло, подобно на загубите, съобщени от Korolkov et al. (16) при пет млади маймуни от други мисии на Космос. Lobachik et al. (19) установено намалява средно с 8% за общата телесна вода преди и след този космически полет. Това представлява намаляване на интерстициалните течности, а не на плазмения обем, който изглежда се увеличава. Те откриха подобни тенденции, които не бяха значими при контролните животни. Тъй като загубата на тегло е придружена от увеличаване на азота на уреята в полетните животни, отражение на увеличаване на разграждането на протеини или нарушена екскреция, чистата телесна маса също може да е била намалена. Това се предполага от по-нисък серумен креатинин след полет при полетните маймуни, отколкото контролите и повишена екскреция на креатинин в урината по време на полета (20).

Измерванията на кортизол в серума ясно отделят полета от контролните маймуни. Имаше данни за хиперкортизолизъм преди старта на полета. Това може да е свързано с по-високо ниво на внимание, обучение и изпитване на полетни животни в сравнение с наземните контроли при подготовката за 2 седмици в космоса. Ограничаването на възрастни мъжки маймуни реус е последвано първоначално от повишаване на екскрецията на 17-хидроксистероиди или на серумен кортизол, които са склонни да се нормализират по време на периода на председателство (9, 10, 21). Серумният кортизол остава постоянен при непълнолетните на земята, но се увеличава след космическия полет. Увеличението след полета може да е било ефект от кацането или циркадната вариация, а не последица от безтегловността сама по себе си.

Ендокринният отговор на непълнолетната мъжка маймуна-резус на ограничаване на стола на земята или в космоса изглежда подходящ за поддържане на калциевата хомеостаза и в отговор на намалената нужда от калций за минерализиране на костите в ненатоварен скелет. Оста на 1,25-дихидроксивитамин D-паратиреоиден хормон е потисната, което благоприятства намаляването на костната форма и абсорбцията на калций в червата. Тези промени бяха по-изразени по време на полета, отколкото наземните контроли, в съответствие с намаляването на образуването на кост в илиачния гребен в този полет (38) и нашата констатация за намалена чревна абсорбция на калций. Няма доказателства, че умереното намаляване на калцитонина действително е повлияло на костната резорбция въз основа на костната морфология или отделянето на маркери за костна резорбция с урината (20). При младежите костната резорбция вероятно ще бъде максимална поради растежа и не се влияе от умереното намаляване на калцитонин след полет, което може просто да отразява намаляването на 1,25-дихидроксивитамин D и приоритета на калциевата ендокринна система за регулиране на калция.

Признаваме отличната работа на Шон Бенгстън при координирането и обработката на логистиката на тези експерименти. Благодарим на M. Eyestone и Teclemicael K. Tewolde за някои от биохимичните анализи.

СТЪПКИ

Тази работа беше подкрепена от Националната аеронавтика и космическа администрация безвъзмездна помощ 111–10–95 (на R. E. Grindeland) и NCC 9–53 (на Медицинско училище в Морхаус).

Адрес за заявки за повторно отпечатване и друга кореспонденция: S. B. Arnaud, Отдел за науките за живота, SLR 239–11, Изследователски център на НАСА Ames, Moffett Field, CA 94035-1000 (E-mail: [имейл защитен] arc. Nasa. Gov).