微型计算机断层扫描骨密度成像显示，地面小鼠 (G) 具有高度连接、致密的海绵状骨结构，飞行小鼠 (F) 连接较少，以及在 STS-118 上使用肌肉生长抑制素抑制剂 (F+D) 治疗的飞行小鼠似乎骨骼结构不受微重力影响。图片来源：Bioserve
在今年的美国骨骼和矿物研究学会会议上，NASA 科学家分享了他们从半个世纪的相关太空飞行研究中学到的关于微重力如何对骨骼密度产生负面影响的知识。
到了五十多岁，您可能会预料到一些健康变化，例如骨质流失的开始。在你的巅峰时期，你可能不会想到会遇到这样的挑战——也就是说，除非你患有骨质疏松症、行动不便或者是一名宇航员。从太空飞行的早期开始，科学家们就知道微重力会对骨密度产生很大的负面影响。检查生活在太空中的这种后果为研究人员提供了加速研究骨骼健康的机会。
骨骼研究始于人类太空旅行的开始，在太空和地面进行实验。这一研究领域今天在国际空间站上继续进行，并在其前辈的基础上进行调查。船员在一个月内失去的骨密度与绝经后女性在一年内失去的骨密度一样多。科学家们可以将这种消极转化为积极，利用微重力条件在更短的时间内完成更多的研究。他们在太空中的调查研究了骨质流失的原因并确定了对策，同时为开发用于地球和太空的治疗方法做出了贡献。
“在为期 6 个月的任务中，我们可以进行对抗骨质流失的研究，这相当于在地球上进行大约 5 年的纵向研究，”该大学营养生物化学实验室经理 Scott M. Smith 博士说美国宇航局位于休斯顿的约翰逊航天中心。 “这有助于我们比地球上更快地看到生理变化，并且研究人群与典型的[地面]研究非常不同。这种观点有助于整体理解，并为一般知识库提供有价值的补充——让我们所有人都能更快地接受治疗。”
在最近的出版物“人类太空旅行五十年：对骨骼和钙研究的影响”中，斯科特和他的同事回顾了所吸取的教训。他指出，为了对抗微重力环境下的骨质流失，我们在促进地球骨骼健康方面取得了进展。例如，在太空中使用啮齿动物的模型动物研究已经为可以减轻骨质流失的药物的临床试验做出了贡献。其中一些治疗方法已经可供人们使用。
轨道上的研究仍在继续，例如 Pro-K 调查，它将与当前的机组人员一起完成样本收集。 Pro-K 的目标是通过检查饮食如何影响骨骼来开发一种优化营养的方法。具体来说，研究人员正在研究降低宇航员摄入的动物蛋白与钾的比例如何减轻骨骼分解。问题是，如果船员少吃肉多吃水果蔬菜，这是否有助于改善骨骼健康？
这些发现可能对地球上遭受骨质流失的人产生影响，通过个人饮食中的适当平衡提供可能的缓解。 “为太空旅行者所做的工作为营养和骨骼生物学领域的整体知识库做出了独特的贡献，”史密斯说。
然而，无论你是用玻璃杯还是太空咖啡杯喝水，建立更好的骨骼并不像喝牛奶那么简单。虽然维生素 D 和钙是重要成分之一，但科学家们实际上是一项复杂的探索，要确定对策的正确平衡，分为三类：物理、药理和营养。研究人员发现，营养是这个等式的很大一部分，但它与正确的运动类型和数量相结合。这些发现发表在骨与矿物研究杂志上 .
“我们在过去几年中看到，营养和锻炼可以帮助保护宇航员的骨矿物质密度，”史密斯说。 “这是我们在半个多世纪的太空飞行中第一次看到这种情况。我们还没有完成，但我们正在取得进展，这非常令人兴奋。”
科学家们曾怀疑，就像在地球上一样，饮食和锻炼是保持人体骨骼健康的赢家。然而，这些知识的应用并没有立即转化为太空环境。最初在和平号空间站和国际空间站上进行锻炼的尝试对减轻骨质流失几乎没有影响。机组人员需要基于阻力的运动，以提供足够的“重量”来有效地对骨骼和肌肉施加压力。进入 2008 年推出的高级阻力运动装置 (ARED)。ARED 的加入帮助研究人员证明，正确的运动方式与营养相结合，可以保持骨矿物质密度。
“结果表明，”史密斯在他的出版物中说，“能够使用 ARED 的机组人员从飞行中返回时体重没有减少，瘦体重百分比增加，脂肪质量百分比降低，并且保持大多数区域和全身扫描的骨矿物质密度。”
在空间站居住期间，矿物质和饮食在骨骼健康中的作用成为不同的焦点。 2009 年，当机组人员使用尿液进行水回收时——这是长期太空探索的必需品——由于压力问题，该系统不得不关闭。事实证明，过量的矿物质，特别是硫酸钙，堵塞了硬件。空间站厕所中使用的硫磺与因太空中骨骼加速分解而失去的钙质机组人员结合在一起。由此产生的宇航员尿液中的高浓度钙不仅表明骨质流失与钙之间的关系，而且还表明需要增加机组人员的用水量。同样，增加饮水量有助于降低肾结石风险——这是宇航员的另一个担忧。
研究人员继续研究适量的钙摄入量和其他有助于骨骼健康的饮食因素，包括维生素 D、omega-3 脂肪酸、蛋白质和钾、钠、铁和磷。计划在空间站进行的下一项研究旨在为骨骼健康寻求最佳的饮食和营养平衡，称为综合营养。这些实验将由美国宇航局太空食品系统实验室和约翰逊营养生物化学实验室团队共同完成。
“我们正在努力优化一些已知在地面或飞行研究中对骨骼有保护作用的饮食因素的摄入，以帮助在长时间的太空飞行中保护骨骼，”史密斯说。 “我们对骨骼的前景非常乐观，并相信这也可能对许多其他身体系统产生有益的影响。”
这种多方面关注的一部分是检查骨骼强度，不仅是整体，而且在对策期间根据骨骼的哪些部分正在构建。研究人员希望找出明显的预防实际上是否只是基于阻力的运动增加了额外的骨骼，而不是停止整体损失。我们的目标是超越密度，了解太空飞行如何影响骨骼强度。
“虽然这种骨重塑模式，随着骨吸收和形成的增加，保持了骨矿物质密度，但它可能会产生一种强度特征与飞行前不同的骨骼，”斯科特继续说道。 “NASA 正在进行评估飞行后骨骼强度的研究，以更好地了解这一现象。”
如果你想知道，根据早期与绝经后女性骨质流失的比较，研究人员也在研究性别。在轨道研究过程中，研究人员发现两性在处理骨矿物质分解方面存在相似之处。
“今年 7 月，我们公布的数据显示，男性和女性对太空飞行以及饮食和运动的反应在骨骼和肾结石风险方面没有不同，”史密斯说。 “飞行的宇航员数量仍然相对较少……但一直在增长。空间站提供了一个很好的平台，它已经为我们提供了多年的长期飞行。我们开始能够看到随着应对措施的演变以及宇航员子群之间的差异，反应的差异。”
出版物 ：
- Smith SM. 等人，“太空中的男性和女性：长期太空飞行后的骨质流失和肾结石风险”，《骨与矿物研究杂志》，2014 年 7 月；29(7):1639-45。 doi:10.1002/jbmr.2185。
- Scott M Smith 等人，“长期太空飞行中的抗阻运动和营养对骨骼的益处：来自生物化学和密度测量的证据”，《骨骼与矿物研究杂志》，第 27 卷，第 9 期，第 1896-1906 页, 2012; DOI：10.1002/jbmr.1647
