免疫系统对重力变化有何反应?

　　

太空旅行总是通过改变重力的新条件对生物系统的影响来考验人体。人们早就知道，持续暴露在微重力环境下会影响人体生理，并导致肌肉、感觉、内分泌和心血管功能受损。但是短时间暴露在改变的重力下也有风险吗?

现在，发表在《宇航学报》上的一篇论文研究了抛物线飞行产生的微重力对人体免疫系统的影响。在短暂暴露于改变重力的环境后，参与研究的志愿者血细胞的防御能力没有明显变化。此外，研究发现，在抛物线飞行后，红细胞(将O2和CO2运输到心血管系统的细胞)中没有聚集过程的证据。

这项研究由巴塞罗那大学生物学院细胞生物学、生理学和免疫学系教授Ginés visor协调，其中包括来自德国Trias i Pujol研究所(IGTP)的Jordi Petriz专家和来自加泰罗尼亚技术大学-巴塞罗那技术学院(UPC)和加泰罗尼亚空间研究所(IEEC)的Antoni Pérez-Poch专家以及其他作者的参与。该研究的第一作者是研究员Abril Gorgori-González (UB)。它依赖于UB安全、健康和环境办公室(OSSMA)医务处、巴塞罗那-萨巴德尔航空俱乐部和赛默飞世尔科学公司的支持。

抛物线飞行:模拟重力实验室

太空旅行是研究微重力对人体影响的理想场景。这些旅行使得同时研究不同宇航员长期暴露在微重力下的后果成为可能，但它们在时间、资金和基础设施方面需要很高的成本。在不离开地球大气层的情况下，还可以在不同的平台上模拟模拟重力条件。例如，通过飞机的抛物线飞行，可以以可承受的成本研究短期内微重力改变的影响——即使是几秒钟。

“人造平台，如飞机上的抛物线飞行，提供了有价值但更有限的结果，因为它们只允许在短期内(几秒或几分钟)研究重力改变的影响。因此，可以用抛物线飞行重现的生理变化的轮廓是微重力在人体中产生的即时和短暂的变化，”Ginés Viscor说，他是UB适应生理学小组的负责人:运动，缺氧和健康。

作为研究的一部分，Mudry CAP10飞机(一种2座特技飞行训练飞机)进行了20分钟的抛物线飞行，期间进行了15次抛物线飞行。来自UPC计算机科学系的研究人员Antoni Pérez-Poch说:“每个抛物线可以达到大约8秒的微重力阶段，之后是大约2秒的超重力阶段。”他是UPC和IEEC东巴塞罗那工程学院(EEBE)的讲师。

这些用特技飞行飞机进行的抛物线飞行——在世界上是一种开创性的方法，由加泰罗尼亚开发——由巴塞罗那-萨巴德尔航空俱乐部运营，是与UPC合作进行的航空研究的结果。“与维护成本相比，这项创新技术在微重力环境下实现的时间比例很好，与飞机的广泛使用相比，这是非常有利的，尽管它也有一些限制(后勤和空间)。在大型飞机的抛物线飞行情况下，自太空竞赛开始以来，NASA或ESA(欧洲航天局)等机构一直使用更昂贵的操作，每条抛物线最多可以达到25秒，”Pérez-Poch说。

压力下的免疫功能

微重力对血液系统的直接影响来自于血容量、血流量和体液向上半身的重新分配。Ginés Viscor说:“心血管适应包括心血管反应的改变，导致身体方向和平衡异常，对直立压力的反应不良，心脏功能下降和心血管对运动的反应不足。”

免疫系统是最容易受到任何环境条件变化影响的生理系统之一，这是由其对内部和外部失衡的巨大可塑性和反应性所解释的。在科学文献中，仍然没有关于在改变重力的飞行中短时间暴露的免疫反应的结论性结果，在某些情况下，结论甚至是相互矛盾的。

在这项研究中，研究小组基于几个参数分析了免疫系统对短暂暴露于微重力的反应:红细胞和白细胞计数、血红蛋白浓度、吞噬能力和氧化代谢。

“结果表明，在抛物线飞行中，人类血液样本暴露在改变的重力条件下，与实验研究中平行留在地面的样本相比，并没有产生负面影响。外周血细胞计数也没有明显变化，”Jordi Petriz (IGTP)说。

研究人员Abril Gorgori-González (UB)说:“除了单核细胞(白细胞的一种)之外，在免疫细胞的氧化代谢或吞噬能力方面，没有观察到明显的差异。”“假设，当暴露在改变的重力下时，白细胞的功能发生了变化，免疫功能和抵御外部感染或肿瘤过程的能力也会受到影响。”

研究小组应用了声波聚焦流式细胞仪技术，对志愿者的血液样本进行了少量处理。根据作者的说法，典型的杂技飞行研究的样本限制——后勤限制——不允许得出一般性的结论。因此，目前的目标是利用其他微重力模拟平台继续研究人体免疫系统，以研究生理变化，避免并发症和预测风险情况。

太空游客警告

太空旅游是一项对某些商业部门具有巨大经济利益的活动。然而，太空游客和宇航员之间的主要区别之一是旅行前的身体和心理准备。

“重力改变或持续缺乏重力是这些太空旅行者面临的环境变化之一。人体是在地球引力的条件下进化而来的，不适应没有这种吸引力的情况。在太空旅行中，必须考虑其他因素，如电离辐射、持续的噪音、隔离、禁闭、昼夜节律的完全扭曲以及返回大气层时短暂暴露在极端温度下，”专家警告说。

“长期代谢、骨质疏松和眼科问题也已被描述。虽然尚未研究太空旅行对未经训练的太空旅行者的影响，但物理环境的所有压力源都可能对太空游客的健康产生负面影响。因此，就目前而言，‘外太空访问’的时间都很短，”该团队总结道。

Journal Reference:

1. Abril Gorgori-González, Antoni Perez-Poch, Daniel V. González, Roser Salvia, Laura G. Rico, Michael D. Ward, Jolene A. Bradford, Jordi Petriz, Ginés Viscor. Effects of rapid gravity load changes on immunophenotyping and leukocyte function of human peripheral blood after parabolic flight. Acta Astronautica, 2023; DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.02.012