RESUMO
Long-duration spaceflight on the International Space Station (ISS) could be detrimental to astronaut health because of the prolonged period of physical unloading and other stressful factors including isolation and radiation in the microgravity environment. The Vascular Series of experiments was designed to investigate the effects of spaceflight on the arteries. We tested the hypothesis that removal of the normal head-to-foot gravitational force experienced everyday on Earth would cause increased stiffness of the carotid arteries as well as development of insulin resistance that could also impact vascular health. In Vascular, the first experiment of the series, results confirmed increased carotid artery stiffness and insulin resistance; but, the study also revealed a more generalized artery stiffness extending into the lower body. Hormonal and oxidative stress markers could have also influenced vascular health. The next experiments in the Vascular Series, Vascular Echo and Vascular Aging will advance investigations of vascular health employing the ECHO device that has remote robotic control of the ultrasound by experts on the ground to enhance image acquisition while on ISS, and to follow post-flight recovery processes. Vascular Aging will introduce oral glucose tolerance testing on ISS to further quantify the magnitude and the cause of insulin resistance and impaired glucose handling during spaceflight. Together, these studies will provide critical information about the extent of vascular changes during spaceflight and will determine whether all factors that contribute to increased arterial stiffness are reversible, or if there are long-term cardiovascular health consequences.
Los vuelos espaciales prolongados de la Estación Espacial Internacional (EEI) podrían afectar la salud de los astronautas, debido al largo tiempo de descarga física y otros factores estresantes, entre ellos el aislamiento y la radiación en un entorno de microgravedad. La Serie Vascular de experimentos fue diseñada para investigar los efectos de los vuelos espaciales en las arterias. Evaluamos la hipótesis de que la eliminación de la fuerza gravitacional normal de cabeza a pies experimentada cada día en la Tierra provocaría un aumento de la rigidez de las arterias carótidas, así como la aparición de resistencia insulínica, lo que también podría afectar la salud vascular. En el primer experimento de la serie, denominado Vascular, los resultados confirmaron un incremento de la rigidez de las arterias carótidas y resistencia insulínica. Sin embargo, el estudio también reveló una rigidez arterial más generalizada, la que se extendía a la sección inferior del cuerpo. Por otra parte, es posible que los marcadores hormonales y de estrés oxidativo también hayan afectado la salud vascular. Los próximos experimentos de la Serie Vascular, denominados Eco Vascular y Envejecimiento Vascular, impulsarán las investigaciones sobre salud vascular mediante el uso del dispositivo ECHO, que posibilita el control remoto robótico del ultrasonido por expertos desde la tierra para perfeccionar la adquisición de imágenes durante los vuelos de la EEI, así como el seguimiento de los procesos de recuperación posteriores al vuelo. El experimento conocido como Envejecimiento Vascular incorporará pruebas de tolerancia a la glucosa durante los vuelos de la EEI para perfeccionar la cuantificación de la magnitud y la causa de la resistencia insulínica y el manejo de la glucosa alterada durante los vuelos espaciales. En conjunto, esos estudios proporcionarán información fundamental sobre el alcance de los cambios vasculares durante los vuelos espaciales, y determinarán si todos los factores que contribuyen al aumento de la rigidez arterial son reversibles o si existen consecuencias cardiovasculares a largo plazo.
RESUMO
Maintaining health in microgravity and overcoming environmental hazards such as cosmic radiation are essential for long-term space flight. Recent studies have focused on the involvement of hypoxia-inducible factor (HIF)-1 in altered gravity using cell-based or in vivo mouse model systems. HIF-1alpha and its target downstream gene expression are differentially expressed in hypergravity and microgravity. Nevertheless, underlying molecular mechanism of HIF-1alpha involvement is still unclear. Herein, we analyzed the 2019 Science paper by Garrett-Bakelman and coauthors in which NASA performed multidimensional analyses of long-term human spaceflight in identical twin astronauts. Correlations were found between the expression of HIF-1alpha related cytokines and prolonged space flight. We hypothesize that HIF-1alpha is a molecular target for the development of therapeutics to prevent the detrimental effects of microgravity and cosmic radiation on astronauts during long-term space flight.
Mantener la salud en microgravedad y superar los peligros ambientales como la radiación cósmica son esenciales para los vuelos espaciales a largo plazo. Estudios recientes se han centrado en la participación del factor inducible por hipoxia (HIF) -1 en la gravedad alterada utilizando sistemas de modelos de ratones basados en células o in vivo. HIF-1alpha y su expresión génica secuencial objetivo se expresan diferencialmente en hipergravedad y microgravedad. Sin embargo, el mecanismo molecular subyacente de la participación de HIF-1alpha aún no está claro. Aquí, analizamos el artículo de Ciencia de 2019 de Garrett-Bakelman y coautores en el que la NASA realizó análisis multidimensionales de vuelos espaciales humanos a largo plazo en astronautas gemelos idénticos. Se encontraron correlaciones entre la expresión de citoquinas relacionadas con HIF-1alpha y el vuelo espacial prolongado. Presumimos que HIF-1alpha es un objetivo molecular para el desarrollo de terapias para prevenir los efectos perjudiciales de la microgravedad y la radiación cósmica en los astronautas durante los vuelos espaciales a largo plazo.