经过长期太空飞行的微重力状态,骨骼系统会失去原本在地球表面的1g外部力学刺激,成骨作用降低,破骨作用增强,骨骼系统重建平衡被打破——商教授形容该过程为“骨重建的跷跷板失衡模型”,不仅会出现骨钙流失、血钙和尿钙升高,还会增加血管硬化、泌尿系统结石,以及骨折的风险。
即使回到地面,也无法很快适应1g重力环境,必须经过休养、恢复训练,才能像正常人一样走动自如。“景海鹏和陈冬在太空待了近5周(33天)的时间,他们的身体极有可能发生骨质流失现象。”
经过征集申报和层层遴选,“微重力对细胞增殖和分化影响研究”项目,由西工大副校长宋保维任项目指挥,生命学院商澎教授为责任专家,联合清华大学、浙江大学、军事医学科学院基础医学研究所、中科院动物所、香港浸会大学等5家单位,共同开展8个子课题研究。其中,西工大还承担其中一个子课题“空间微重力环境对骨/成骨细胞生命活动的影响”的研究。
“空间微重力环境下的骨细胞研究,对于地面研究同样具有借鉴意义。”据介绍,参与人体骨骼系统重建过程的有骨细胞、成骨细胞以及破骨细胞。成骨细胞负责新生骨的形成,破骨细胞负责把老旧或受损的骨骼部位分解掉,而骨骼中含量最多的骨细胞,则可能承担着力学感知,并调节成骨细胞和破骨细胞活性的作用,即骨骼系统的“调节者”角色。当破骨细胞的活跃度大于成骨细胞的活跃度时,骨分解的速度超过了骨形成的速度,到了一定程度,则会出现骨质疏松症。
如何理解微重力环境下骨质流失的发生过程,首先得从构成组织的最小单元——细胞入手。商教授团队开展的地基模拟实验发现,处于微重力环境中的骨组织细胞变化明显。失重环境诱导骨细胞和成骨细胞形态改变、细胞内骨架结构发生重排;一方面,成骨细胞增殖和分化调节因子表达下调,细胞的生长和矿化作用被抑制;另一方面,破骨细胞分化相关基因上调,促进了破骨细胞的分化成熟和破骨活性。
解决骨质流失问题,很多人首先想到的是补钙。事实上,没有合理的辅助措施,即使补再多的钙,机体也无法成骨。对此,商教授有个形象的比喻:治疗骨质疏松好比砌墙,钙质好比砖头,但砖头再多,没有砌砖工人也是无济于事。