Serdülő rhesusmajmok kalcium-endokrin rendszere, és az űrrepülés előtt és után ellenőrzik

Nemzeti Repülési és Űrhivatal Ames Kutatóközpont, Moffett Field 94035-1000;

Kaliforniai Egyetem és a Veterans Affairs Medical Center, San Diego, Kalifornia 92161;

Morehouse Orvostudományi Kar, Atlanta, Georgia 30310; és

Biomedicinális Problémák Intézete, 123007 Moszkva D-7, Oroszország

Nemzeti Repülési és Űrhivatal Ames Kutatóközpont, Moffett Field 94035-1000;

Absztrakt

Fiatalkorú majmoknál a kalcium homeosztázis paramétereinek és a csontsejtek aktivitásának szabályozásában részt vevő hormonok néhány előtti és utáni méréséről beszámoltak a Cosmos korábbi repüléseiről (16, 26). Az emberi adatokkal való összehasonlítást korlátozza az életkor, a kalcium-anyagcsere faji különbségei és a repülés közbeni minták hiánya az elemzéshez a nem főemlősökben. A leszállás után 24 órán belül hat repülõ állat közül ötnél emelkedett a szérum kalciumszint. A szérum mellékpajzsmirigy-hormon és a kalcitonin két majomban csökkent a Cosmos 2044 után. A D-vitamin tápláltsági állapota, amint azt a szérum 25-hidroxi-D-vitamin is tükrözi, a normál tartományon belül kettőben csökkent, és nem változott két másik majmon, akiknek keringő a szintet háromszorosára emelték a vitamin-kiegészítők a repülés előtt (5). A majomban nem végeztek utólagos méréseket a D-vitamin-1,25-dihidroxi-D-vitamin vagy a 24,25-dihidroxi-D-vitamin, a D-vitamin származékának, amely lebontási utat indít (33).

Célunk a kalcium endokrin rendszer utólagos repülésének értékelésében az volt, hogy megerősítsük a jelentett eredményeket, és kiterjesszük azokat az 1,25-dihidroxi-D-vitamin, a 24,25-dihidroxi-D-vitamin és a bél kalcium felszívódásának mérésére olyan állatokban, amelyeknél a csont hisztomorfometriájában egyértelmű különbségek vannak a repülési állatok között. és kezelőszervek (38).

Bion 11 küldetése és alanyai.

A repülési kísérlet során hét fiatalkorú majom volt (Macaca mulatta) 3-4 évesek, mindegyikük súlya ~ 4 kg. Ezek az állatok 10 majom medencéjéből származtak az oroszországi főemlős központból. A repülést megelőzően 2,5 éven át képezték és megfigyelték őket a Moszkvai Biomedicinális Problémák Intézetében (IBMP), az orosz űrrepülés kutatóközpontjában. Kettőt választottak repülésre (484. és 357. sz.), Ötöt pedig a repüléshez képest különböző időpontokban végzett repülésszimulációs vizsgálatokhoz, az 1. ábrán látható módon [a repüléssel egy időben (447. és 396. sz.)., 16 napos repülés utáni (501. és 534. sz. És 44 napos repülés utáni (513. sz.)]. Az egyik repülési majmot (484. sz.) 44 nappal a leszállás után a földön vizsgálták ugyanazzal a székkel, fékezés céljából, mint a repülés során. Nem nyertek kalcium endokrin adatokat a 2. sz. 396. A bioszatellitet 1996. december 24-én dobták piacra, és 1997. január 7-én állították elő. A repülési állatokat a moszkvai IBMP-be szállították, ahol január 8-án kiderült, hogy jó állapotban vannak a repülés utáni vizsgálatokhoz és a vérmintákhoz.

1. ábra.Idősor, amely megmutatja, hogy a 2 hetes földi szimulációs vizsgálatok mikor készültek a 2 hetes űrrepülés elindításával kapcsolatban. A vastag körvonalakkal ellátott nyilak a repülési majmokat jelzik. Az egyik repülési majom az indulás után> 8 hétnél hosszabb szimulációs vizsgálatban vett részt.

Kísérleti protokollok.

Peptid hormon vizsgálatok.

A majomban a szérum mellékpajzsmirigy-hormont és a kalcitonin-t, amelyekről ismert, hogy valamilyen keresztreakciót mutatnak az emberi hormonokkal (12, 13), a mellékpajzsmirigy-hormon (25) és a kalcitonin (6) humán tesztjeivel mérjük. A használt vizsgálatokat validálták a rhesus majomra (32). Hat érett rhesus majmot használtunk az Ames Kutatóközpontban, hogy dokumentáljuk a vizsgálandó mellékpajzsmirigy-hormonban és kalcitoninban kapott választ kalcium-glükonátra [10% injekcióhoz, USP (American Regent Laboratories, Shirley, NY) 3 mg/kg sebességgel infundálva). 10 perc]. A majmokat infúzióra szedáltuk 10 mg/kg ketamin-hidrokloriddal (ketaset). Amint a 2. ábra mutatja, az ionizált szérum kalcium növekedése stimulálta a szérum kalcitonin (P = 0,01) az infúzió végén, és csökken a szérum parathormon hormon (P = 0,06) 10 perccel később.

2. ábra.A: kalcitonin keringése 6 nyugtatott majomban 10% kalcium-glükonát iv. infúziója után, 10 percig beadva. Az átlagos ± SD szérumionizált kalcium 1,25 ± 0,06-ról 1,45 ± 0,08 mmol/l-re nőtt az infúzió során. Az átlagos szérum kalcitonin 36,5 ± 10-ről 49,3 ± 12 pg/ml-re nőtt (P = 0,01). B: keringő mellékpajzsmirigy-hormon 5 nyugtatott majomban 10 perccel a kalcitonin stimulálására adott 10 perces kalciuminfúzió vége után. 20 perc elteltével a szérumionizált kalcium 1,25 ± 0,06-ról 1,40 ± 0,07-re nőtt, és a mellékpajzsmirigy-hormon átlagos értéke 32,4 ± 10-ről 17,2 ± 6,7 pg/ml-re csökkent (P = 0,06). A különböző szimbólumok különböző állatokat jelölnek. A parathormon nem volt kimutatható a majom kalcium infúziója előtt és után, eltekintve a B.

D-vitamin származékai.

A kalcium homeosztázis és a kortizol paraméterei.

A szérum ionizált kalciumot kalcium/pH elemzővel (Ciba-Corning, Medfield, CA) mértük. A szérum kalciumot, foszfort, összes fehérjét, kreatinint és lúgos foszfatázt automatizált analitikai rendszerrel (Cobas; Roche Diagnostic Systems, Somerville, NJ) vizsgáltuk. A kortizolt egy kereskedelmi RIA (Diagnostic Products, Los Angeles, Kalifornia) vizsgálta.

Bél kalcium felszívódása.

Az étrendi kalciumot a táplálékfogyasztás napi nyilvántartásából és az étrend elemzéséből becsültük (Covance Laboratories). A széklet kalciumát 12 N HCl-ban oldott széklet hamu kémiai vizsgálatával határoztuk meg. A hamut 1 g széklet homogenizátumokból állítottuk elő 110 ° C-on (Baxter, Waukegan, IL) 24 órán át szárítva, majd a kemencében 600 ° C-on hamvasztva (modellszám: CP 18210; Sybron/Thermolyne, Dubuque, IO) 18 órán át. A kalcium felszívódásának százalékos arányát [(étkezési kalcium - széklet kalcium)/étkezési kalcium] × 100-ban számítottuk.

A szignifikancia statisztikai különbségei.

A szignifikancia statisztikai különbségei (P

1. táblázat: Az átlagos testtömeg, a kalcium homeosztázis paraméterei, a kalcium-szabályozó hormonok és az alkalikus foszfatáz a kontroll juvenilis rhesus majmok szérumában a Bion 11 misszió indítása előtt és után a földi változások megállapítása az életkorral és a normális növekedéssel

Az értékek átlag ± SD.

2. táblázat: Az űrrepülés vagy a repülési szimuláció előtti és utáni székek hatása az átlagos testtömegre, a kalcium homeosztázis paramétereire, a kreatininre, a vér karbamid-nitrogénjére, a D-vitamin származékaira, a mellékpajzsmirigy-hormonra, a kalcitoninra, a kortizolra és az alkalikus foszfatázra a rézusmajmok szérumában

Az értékek átlag ± SD.

* P † P ‡ P F2-153 P

3. táblázat: Élelmiszer-fogyasztás és a bél kalciumfelszívódása a székben tartott Bion 11 majmoknál a földön és az űrben

Az étrendi kalciumbecslés kiszámítása az étrend bevitelének száraz ételké való átszámításával (× 0,268 a repülő paszta étel esetében és × 0,298 az őrölt paszta étel esetében), majd megszorozva a bevitelt a kalcium koncentrációval (0,22%).

F3-150 P = 0,02, repülés a földi csoporthoz képest.

A szérum kalcitonin csökkenése hasonló Korolkov et al. (16) a Cosmos 2044 küldetésen repült két fiatalkorúnál, változást emberi felnőtteknél nem jelentettek (30). A kalcitonin a pajzsmirigy C-sejtjeiből származik. Mivel az egyik elsődleges funkciója az osteoclasticus csontreszorpció gátlása (7), számíthatunk arra, hogy a csökkent keringő kalcitonin elősegíti a csontvesztést vagy csekély befolyással bír. A hormon pontos szabályozása és szerepe a kalcium homeosztázisban bizonytalan. A tanulmány szempontjából relevánsak azok a közelmúltbeli vizsgálatok, amelyekben az 1,25-dihidroxi-D-vitamint találják, és nem a szérum kalcium, a mellékpajzsmirigy-hormonokkal ellentétben, domináns szerepet játszik a kalcitonin gén expressziójának in vivo szabályozásában patkányokban (24). Mivel a kalcitonin és az 1,25-dihidroxi-D-vitamin összefüggést találtunk, feltételezhetjük, hogy a keringő kalcitonin reagál az űrrepülés D-vitamin-változásaira, vagy annak eredménye.

A testtömeg és a kortizol koncentrációjának változása a szérumban megkülönböztette a választ két repülési állatban az öt hasonló alapon kezelt földi kontrolltól. A repülõ állatok átlagosan testtömegük 14% -át vesztették, hasonlóan a Korolkov és munkatársai által jelentett veszteségekhez. (16) öt fiatal majomban, más Kozmosz-missziókból. Lobachik és mtsai. (19) az űrrepülés előtt és után a teljes testvíz átlagosan 8% -kal csökken. Ez az interstitialis folyadékok csökkenését jelentette, nem pedig a plazma térfogatának növekedését. Hasonló tendenciákat találtak, amelyek nem voltak szignifikánsak a kontrollállatoknál. Mivel a súlycsökkenést a repülõ állatoknál a karbamid-nitrogén növekedése kísérte, a fehérje lebomlásának növekedése vagy a kiválasztás károsodása tükrözõdött, a sovány testtömeg is csökkent. Erre utal a repülési majmokban alacsonyabb posztflight szérum kreatinin, mint a kontrollokban, és a repülés során megnövekedett vizelet kreatinin kiválasztás (20).

A szérumban végzett kortizol-mérések egyértelműen elkülönítették a repülést a kontrollmajmoktól. A repülés megkezdése előtt hypercortisolismusról volt bizonyíték. Ez összefüggésbe hozható a repülési állatok nagyobb figyelemmel kísérésével, kiképzésével és tesztelésével, összehasonlítva a földi ellenőrzésekkel az űr 2 hetes előkészítése során. A felnőtt hím rheus majmok visszafogását kezdetben a 17-hidroxi-szteroidok vagy a szérum kortizol kiválasztásának növekedése követi, amelyek általában normalizálódnak a székelés ideje alatt (9, 10, 21). A szérum kortizol a fiatalkorúakban állandó maradt, de az űrrepülés után megnőtt. A repülés utáni növekedés valószínűleg a leszállás vagy a cirkadián variáció hatása volt, és nem önmagában a súlytalanság következménye.

A fiatalkori hím rhesusmajom endokrin válasza a földön vagy az űrben történő székfékezésre megfelelőnek tűnik a kalcium homeosztázis fenntartásához és a csökkent kalciumigényre, amely a terheletlen csontváz csontjának mineralizálására szolgál. Az 1,25-dihidroxi-D-vitamin-mellékpajzsmirigy hormon tengelye elnyomott, ami elősegíti a csontképződés és a bél kalcium felszívódásának csökkenését. Ezek a változások kifejezettebbek voltak a repülés során, mint a földi kontrollok, összhangban a csípő képződésének csökkenésével a csípőcsúcson ezen a repülésen (38) és a csökkent bél kalcium felszívódás megállapításával. Nincs bizonyíték arra, hogy a kalcitonin szerény csökkenése valóban befolyásolta volna a csontreszorpciót a csontmorfológia vagy a csontreszorpciós markerek vizelettel történő kiválasztása alapján (20). A fiatalkorúaknál a csontreszorpció valószínűleg a növekedés miatt maximális, és nem befolyásolja a kalcitonin utólagos repülés szerény csökkenése, ami egyszerűen tükrözheti az 1,25-dihidroxi-D-vitamin csökkenését és a kalcium endokrin rendszer prioritását a kalcium szabályozásában.

Elismerjük Shawn Bengston kiváló munkáját e kísérletek logisztikájának koordinálásában és kezelésében. Köszönetet mondunk M. Eyestone-nak és Teclemicael K. Tewolde-nak néhány biokémiai elemzésért.

LÁBJEGYZETEK

Ezt a munkát a Nemzeti Repülési és Űrhivatal 111–10–95 (R. E. Grindelandnek) és az NCC 9–53 (Morehouse School of Medicine) támogatásával támogatta.

Az újranyomtatási kérelmek és egyéb levelezések címe: S. B. Arnaud, élettudományi osztály, SLR 239–11, NASA Ames kutatóközpont, Moffett Field, CA 94035-1000 (e-mail: [email protected] arc. Nasa. Gov).