受損骨骼可能在類似地球的重力條件下更快癒合

北京時間9月21日消息，據國外媒體報道，一項新研究指出，重力和身體鍛煉可能是受損骨骼痊癒的關鍵。

成功的長期太空旅行——比如長期環繞月球飛行或前往火星及更遠星球的旅程——不僅需要考慮如何維持人類旅行者的身體健康，也要考慮在他們機能退化和受傷情況下進行治療的問題。在這項新研究中，研究者關注了太空中的軟骨損傷的修復。

X光下的人類膝蓋

軟骨是存在於膝蓋、髖關節和骨折修復部位等處的組織。「軟骨組織工程受到了很多關注，因為軟骨作為無血管組織，沒有血液供應，因此沒有再生能力，」論文合作者、美國密蘇里大學工程學院院長伊麗莎白·羅博阿（Elizabeth Loboa）說，「如果有人在太空中發生骨折……在骨骼兩端重新連接的時候，要經過一個產生新軟骨的中間過程之後，骨骼才能完全癒合。」

目前，許多不同學科的科學家都在致力於開發新的技術，使長期的太空旅行成為現實。有人研究如何在微重力環境下種植農作物，有的則在嘗試建造能夠長期在太空飛行的宇宙飛船。伊麗莎白·羅博阿和兩位同事，莉莉安娜·梅勒（Liliana Mellor）和安德魯·斯圖爾德（Andrew Steward），決定對微重力環境下軟骨的形成進行研究。微重力是宇航員在太空中自由落體時體驗到的一種失重狀態，這在繞軌飛行的航天器——比如國際空間站——上十分常見。長期太空飛行的宇航員要保持健康，就必須發展身體力量，保持肌骨系統的狀態，並修復任何損傷。軟骨細胞是軟骨中唯一一種細胞，是維持關節活動不可缺少的部分；人體也會產生軟骨幹細胞，促進斷裂骨骼的癒合。執行長期太空任務的宇航員需要面臨多種對軟骨健康不利的環境條件，微重力便是其中之一。

宇航員蘇妮塔·威廉斯在國際空間站安裝的第一台跑步機上鍛煉

宇航員斯科特·凱利（Scott Kelly）在國際空間站生活了將近一年。一個研究團隊發現，當凱利在太空中度過頭六個月之後，他的骨骼生成速率已經出現下降。在無重力環境下，凱利和其他宇航員每天鍛煉約兩個小時，以避免肌肉萎縮和骨質疏鬆。為了保持健康，他們的身體需要模仿在地球表面上受重力作用時的走路姿勢及其他日常活動。這一過程被稱為「應力負荷」，與長期卧床患者進行的鍛煉類似。通過研究凱利在長期太空任務中的身體變化，美國航空航天局（NASA）的研究人員正嘗試尋找更加有效的方法，確保長期任務中宇航員的身體健康。

在實驗開始時，密蘇里大學的研究團隊從脂肪組織中分離出了幹細胞，並設置了三個實驗組，以確定哪一種機制能最好地幫助細胞再生。其中一組模擬了微重力環境，另一組則模擬應力負荷，第三組為對照組。「我們所要做的，就是揭示適當的應力負荷對新軟骨組織工程的影響及其必要性，」羅博阿說道。

利用NASA約翰遜太空中心設計的滾筒式生物反應器，研究團隊將一組培養的幹細胞暴露在模擬微重力環境下；另一組則放置在旋轉壓力容器模擬的應力負荷條件下；最後一組作為對照，即只受到地球正常重力的作用。通過觀察這些幹細胞的生長情況，研究團隊發現，模擬重力的應力載荷效應對幹細胞的促進效果最好。額外的壓力，比如軟骨在身體處於運動時所受到的壓力，對軟骨細胞的生長至關重要。

不同實驗組的示意圖

「循環靜水壓力（cyclic hydrostatic pressure，CHP）的應力刺激模擬了軟骨在地球上日常活動時的應力環境，相比培養於微重力反應器中的細胞，這種方法更能促進軟骨的形成，」研究者在論文中寫道。看起來，宇航員如果能在類似地球重力的環境下進行日常活動，將使他們的骨骼和關節更加健康，並更有利於損傷的修復。

這項研究的結果發表在2017年4月的《航空航天醫學與人類健康》（Aerospace Medicine and Human Performance）期刊上。

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