你有沒有想過，太空飛行會對腎臟健康造成什麼影響？
隨著商業太空飛行和太空探索任務的增加，這個問題變得越來越重要。2024年6月11日，《Nature Communications》期刊發表了一篇研究文章，標題為《Cosmic kidney disease: an integrated pan-omic, physiological and morphological study into spaceflight-induced renal dysfunction》(太空腎病：透過整合各種技術、生理和形態學的研究來探討太空飛行引起的腎功能異常)，這篇文章探討了太空飛行對腎臟功能的影響及其潛在風險。
此研究由 Wellcome、St Peters Trust 和英國腎臟研究中心資助，由來自 40 多個團體的研究人員團隊進行。研究小組從 40 多次近地軌道任務中收集了主要來自國際太空站的人類和小鼠樣本，他們利用這些樣本進行了生物分子、生理和解剖學評估。他們利用小鼠模擬了相當於 1.5 年至 2.5 年火星任務的銀河宇宙輻射劑量。
腎臟為調節體液和血壓的重要器官，其功能在失重和輻射環境中的變化可能會對太空人的長期健康造成威脅。此文章的亮點在於它綜合了多篇研究數據、生理學和形態學的研究方法，揭示了太空環境對腎臟健康的深遠影響。
太空飛行對太空人的腎臟健康有很大的影響，特別是會增加腎結石的風險。此處我們先看看太空飛行對腎功能的變化。
以上這些變化都說明了在太空中，腎臟的工作方式會發生改變，這些改變使得腎結石的風險大大增加。
太空飛行不僅會增加腎結石的風險，還會對腎臟的結構造成顯著影響。當人類在太空中停留一個月左右的時間，這些人的腎元（為腎臟中的過濾單位）結構會發生顯著變化，而這些變化可能會影響腎臟的正常功能。
腎臟為調節體液和血壓的重要器官，其功能在失重和輻射環境中的變化可能會對太空人的長期健康造成威脅。此文章的亮點在於它綜合了多篇研究數據、生理學和形態學的研究方法，揭示了太空環境對腎臟健康的深遠影響。
Part A: 太空飛行會增加結石風險
太空飛行對太空人的腎臟健康有很大的影響，特別是會增加腎結石的風險。此處我們先看看太空飛行對腎功能的變化。
失重環境中的鈣釋放
在地球上，骨頭和腎臟合作無間，確保我們的鈣水平保持平衡。然而，在太空中，事情就不一樣了。科學家發現，太空人在失重環境中，骨頭會釋放更多的鈣進入血液。這些額外的鈣會被腎臟過濾到尿液中，導致尿液中的鈣含量顯著增加。尿量減少和濃縮
你有沒有注意過，如果喝水少，尿液就會變得很黃很濃？在太空中，失重環境下，太空人的尿量也會減少，這使得尿液變得更濃縮。這樣一來，鈣和其他礦物質更容易在腎臟中結晶，形成結石。在地球上，我們通常會產生足夠的尿液來沖刷掉這些結晶，但在太空中，由於尿量減少，這些結晶更容易積累。草酸鹽的增加
研究還發現太空人的尿液中草酸鹽的含量也有所增加。草酸鹽是另一種結石的主要成分。這可能是因為太空飛行改變了太空人的飲食和腸道菌群，導致更多的草酸鹽被吸收到血液中，最後通過腎臟排出。以上這些變化都說明了在太空中，腎臟的工作方式會發生改變，這些改變使得腎結石的風險大大增加。
Part B: 太空飛行對腎臟的結構變化
太空飛行不僅會增加腎結石的風險，還會對腎臟的結構造成顯著影響。當人類在太空中停留一個月左右的時間，這些人的腎元（為腎臟中的過濾單位）結構會發生顯著變化，而這些變化可能會影響腎臟的正常功能。
(1) 血液流動的改變
在太空中，由於失重環境，血液流動會發生改變，這也會影響腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）的調節。RAAS系統對於腎小管吸收電解質及水分的功能至關重要，當這個系統受到影響時，腎臟的正常功能也會受到影響。
(2) 腎小管的結構變化
研究發現，在太空中，腎小管會變得更大，但密度會降低。這意味著每個腎小管佔用的空間變多了，但腎臟中的腎小管總數變少了。這樣的變化會影響腎臟的過濾能力和效率。
(3) 重新排列和調整
當人在太空中停留較長時間，腎小管的某些部分會重新排列和調整，這些變化在腎臟的不同區域都有發生。例如，在腎小管的遠端部分，這些管道變得更大，這可能是腎臟適應太空中失重環境的一種方式。
(4) 蛋白質活動的變化
太空中的失重環境和輻射還會導致腎小管內一些重要蛋白質的活動發生變化。例如，控制鈉、鉀和氯離子運輸的蛋白質在太空暴露後活性減少，這會影響腎臟處理這些離子的能力。這些變化可能會導致電解質失衡，進而影響整體健康。
當太空人進行往返火星的太空任務時，他們會暴露在高劑量的銀河宇宙射線（galactic cosmic radiation, GCR）中, 這種輻射對腎臟是會有損傷的。
在太空中，太空人會接觸到比地球上高很多的輻射劑量，即使是實驗中模擬的火星任務輻射劑量也會對腎臟造成損傷。研究發現，暴露在這種輻射中的小鼠，腎臟內部會出現微血管損傷。這些損傷會影響腎臟的正常運作，導致血液過濾功能下降。
這些輻射會導致腎臟結構和功能的顯著變化。例如，暴露在火星往返任務的輻射劑量下，腎臟的某些功能會受到影響。研究發現，暴露在高輻射環境中的太空人，尿液中的蛋白質含量會增加，這表示腎臟在過濾血液時出現了問題。
輻射還會導致腎小管細胞和血管內皮細胞的受損，當這些細胞受損時，腎臟的過濾和重吸收功能會受到影響。腎小管細胞受損會影響電解質和水分的重吸收，而血管內皮細胞的損傷會影響腎臟的血液供應，進一步損害腎臟功能。
長期暴露在太空輻射下，太空人的腎臟健康會遭受持續性的影響，不僅僅是短期問題，而是可能在他們返回地球後仍然持續存在。讓我們來探討這些長期影響的具體情況。
太空飛行對腎臟健康的影響不容忽視。從增加腎結石風險，到腎小管和腎元結構的變化，再到長期銀河宇宙射線暴露引發的腎臟損傷和功能障礙，這些問題都需要得到重視。科學家們已經通過多項研究了解這些變化的機制，並且正在努力尋找方法來減少這些風險，保護太空人的健康。未來的太空任務將面臨更長時間、更遠距離的挑戰，確保太空人的腎臟健康將是成功完成這些任務的關鍵。
** 本文由作者與 ChatGPT-4o 協力完成 **Part C: 輻射劑量對腎臟的損害和功能障礙
當太空人進行往返火星的太空任務時，他們會暴露在高劑量的銀河宇宙射線（galactic cosmic radiation, GCR）中, 這種輻射對腎臟是會有損傷的。
在太空中，太空人會接觸到比地球上高很多的輻射劑量，即使是實驗中模擬的火星任務輻射劑量也會對腎臟造成損傷。研究發現，暴露在這種輻射中的小鼠，腎臟內部會出現微血管損傷。這些損傷會影響腎臟的正常運作，導致血液過濾功能下降。
這些輻射會導致腎臟結構和功能的顯著變化。例如，暴露在火星往返任務的輻射劑量下，腎臟的某些功能會受到影響。研究發現，暴露在高輻射環境中的太空人，尿液中的蛋白質含量會增加，這表示腎臟在過濾血液時出現了問題。
輻射還會導致腎小管細胞和血管內皮細胞的受損，當這些細胞受損時，腎臟的過濾和重吸收功能會受到影響。腎小管細胞受損會影響電解質和水分的重吸收，而血管內皮細胞的損傷會影響腎臟的血液供應，進一步損害腎臟功能。
Part D: 太空輻射對腎臟健康的長期影響
長期暴露在太空輻射下，太空人的腎臟健康會遭受持續性的影響，不僅僅是短期問題，而是可能在他們返回地球後仍然持續存在。讓我們來探討這些長期影響的具體情況。
慢性氧化壓力的影響
在太空中，銀河宇宙射線會引起腎臟內部的慢性氧化壓力。這種壓力會損害腎臟細胞的粒線體，粒線體是細胞的能量工廠，為細胞提供必要的能量。一旦粒線體受到損傷，細胞能量供應不足，就會引發細胞死亡和組織損傷。腎臟纖維化的風險
長期暴露於宇宙射線還會增加腎臟纖維化的風險。纖維化是指腎臟組織變硬，這會嚴重影響腎臟的過濾功能。纖維化通常是不可逆的，這意味著一旦發生，腎臟功能可能無法完全恢復。想像一下，一塊本來柔軟有彈性的海綿，變成了一塊硬邦邦的石頭，那樣的過濾效果肯定大打折扣。短期與長期的雙重影響
長期太空輻射對腎臟健康的影響是多方面的，從短期的細胞損傷到長期的纖維化風險，這些影響都可能對太空人的健康造成重大威脅。細胞損傷會影響腎臟的基本功能，而氧化壓力增加和纖維化會進一步加劇這些問題。總結
太空飛行對腎臟健康的影響不容忽視。從增加腎結石風險，到腎小管和腎元結構的變化，再到長期銀河宇宙射線暴露引發的腎臟損傷和功能障礙，這些問題都需要得到重視。科學家們已經通過多項研究了解這些變化的機制，並且正在努力尋找方法來減少這些風險，保護太空人的健康。未來的太空任務將面臨更長時間、更遠距離的挑戰，確保太空人的腎臟健康將是成功完成這些任務的關鍵。
** 原始文獻 -
Cosmic kidney disease: an integrated pan-omic, physiological and morphological study into spaceflight-induced renal dysfunction. Nat Commun. 2024 Jun 11;15(1):4923. doi: 10.1038/s41467-024-49212-1. PMID: 38862484; PMCID: PMC11167060
