우주에서의 신장석 형성

Renal stone formation in space
신원미상의 신장결석.

우주 비행 중 신석 형성 및 통과는 잠재적으로 승무원의 건강과 안전에 심각한 위험을 초래할 수 있으며 임무 결과에 영향을 미칠 수 있다. 비록 신장결석은 지구상에서 일상적이고 성공적으로 치료되지만, 우주 비행 중에 이러한 돌들의 발생은 문제가 될 수 있다.[1]

원인과 대책

원인들

이 마이크로그래프는 소변에서 옥살산칼슘 결정체를 보여준다. 이 작은 결정체들은 신장결석을 형성하기 위해 발달할 수 있다. 우주 비행 중 신장 돌 위험 실험은 국제 우주 정거장에서 시행된다.
편광 광선 아래에서 촬영된 시노보액 샘플에서 나온 요산 결정의 스파이크 막대.
개의 비뇨기 방광에서 제거된 스트루바이트(암모늄 인산염) 돌.

우주에서 신장결석이 형성되는 데는 몇 가지 요인이 작용한다. 식이 변화, 뼈대사, 탈수, 소금 섭취 증가, 소변량 감소, 소변 포화 증가 등이 모두 신장결석의 가능한 원인이다.[2] 우주 비행으로 인한 소변 생화학 변화가 석재 형성에 도움이 된다는 점에 주목했다.[1]

그 밖의 가능한 원인은 다음과 같다.

  • 비뇨기 pH 증가
  • 돌의 형성 또는 형성 경향의 역사
  • 식량 안정을[3] 해치다
  • 소금을 이용한 음식의 보존
  • 탑재 급수량[4]
  • 한정된 영양 공급원
  • 동물성 단백질의 증가된 식사

가장 흔한 신장결석은 옥살산칼슘으로 대개 과칼쿠리(소변의 칼슘 수치 증가)의 치료 가능한 대사 장애에 의해 발생한다. 이 돌들은 통로와 막힘으로 통증을 유발하며 재발하는 것으로 알려져 있다.[2]

요산결석은 옥살산칼슘과 비슷한 특징을 가지고 있지만 훨씬 드물게 발생한다(전체 신장결석의 약 5%). 그것들은 반투명하기 때문에 방사선 사진으로는 볼 수 없다.[2]

스트루바이트 스톤은 소변 내 요소들을 이산화탄소와 암모니아로 가수 분해할 수 있는 요소효소 함유 미생물의 감염에 의해 생성된다. 스트루바이트결석은 비뇨기 pH가 7.2 이상으로 상승할 때 형성되며 신장수집계를 채울 수 있으며 신장조직으로 침식될 수 있다.[2]

유전성 낭포성 낭포증에 의해 생긴 낭포석은 유년기에 형성되기 시작하며 신장 결집계를 채울 정도로 크게 자랄 수 있다.[2]

인산칼슘결석 또는 붓라이트라고도 불리는 칼슘은 높은 소변 pH와 소변 내 인산칼슘 소금의 과다 섭취에 의해 발생한다.[2]

대응책

임무를 수행하는 동안 돌의 형성을 막는 것은 치료하는 것보다 비용 효율적이다. 유체 섭취가 증가하면 소변량이 증가하고 돌 형성 염류가 고위험군 이하로 희석된다.[5] 지방 함량이 높고 옥살레이트(너트, 후추, 초콜릿, 대황, 시금치, 짙은 녹색 채소, 과일)가 많은 음식을 피하면 과옥살루증(옥살산 과다 배뇨)을 줄일 수 있다. 고기와 다른 푸린 함유 음식의 양을 줄이면 고뇨증을 억제한다(소변 요산의 양이 증가한다).[6]

구강알칼리(구연산칼륨 등)는 소변의 pH를 높이고 옥살산칼슘 결정 형성을 억제하는 데 도움을 준다. 이것은 또한 칼슘 구연산칼슘(결정 성장 및 집적 억제제)을 형성하기 위해 칼슘을 결합함으로써 작용한다. 연구들은 또한 구연산칼륨의 첨가 효과를 보여주었다.[6] 구연산칼륨의 섭취는 염화나트륨 과다의 골재배출 효과를 회피하는 알칼리 하중을 제공함으로써 뼈의 손실 방지뿐만 아니라 골밀도[7] 증가와 관련이 있다.[8] 구연산칼륨은 또한 폐경 후 여성의[9] 뼈 손실을 줄이고 원위 신장관산증[10] 환자의 칼슘 균형을 향상시키는 것으로 나타났다.

바닥에 엎드려.

침대 휴식 연구는[11] 지상 기반 우주 비행 환경과 유사하게 사용된다. 이러한 연구 동안에, 뼈의 손실과 그에 따른 소변 구성의 비율은 우주에서 관측되는 것과 유사하다. 최근의 한 지상 연구는 신장 결석에 대한 대책으로서 칼륨-마그네슘 구연산칼륨 (현재 사용되고 있는 구연산칼륨과 유사)의 효과를 시험했다.[12]

컴퓨터 기반 시뮬레이션

미국 오하이오주 글렌연구센터의 통합의학모형(IMM)[13] 그룹은 2008년 말부터 신장결석 형성에 대해 수집된 데이터를 분석하고 최적화해왔다.

우주에서

그림 4-1. Skylab 임무 수행 중 및 수행 후 칼슘 균형 람보트와 존스턴에서 각색(1979년)[14]

신장결석의 위험성이 있는 [clarification needed]경우처럼 승무원을 임무에 희생시킬 수 있기 때문에 정기적인 테스트를 실시한다.[1] 현재까지 신장결석형성 사례는 단 한 가지뿐이었다(발렌틴 레베데프의 저서 '코스모노우트의 일기'에 자세히 설명되어 있다). 우주에서 20011일.[1]

스카이랩

스카이랩 임무는 몇 일 동안 지속된 첫 번째 임무였다. 이들 임무 중 시험 결과 칼슘 배설이 비행 초기에 증가해 정상 배설을 위한 상한선을 거의 초과한 것으로 나타났다.[15]

셔틀 미션

그림 4-2a. 단기간 비행(즉, 우주왕복선) 전에 단일 승무원에서 결정된 대표적인 비행 전 신장 돌 위험 프로필. 파란색 막대는 위험 감소, 빨간색 막대는 위험 증가를 나타낸다.
그림 4-2b. 단기간 비행 직후 동일한 승무원(즉, 우주왕복선)에서 결정된 대표적인 비행 후 신장 돌 위험 프로필. 파란색 막대는 위험 감소, 빨간색 막대는 위험 증가를 나타낸다.

우주왕복선 임무의 장단기간에 대한 환경 및 생화학 신석 형성 위험 인자의 조사에서는 비행 직후 옥살산칼슘과 요산석 형성의 위험 증가가 명백했다.[16] 이러한 형성에 가장 큰 기여 요인이 영양, 비뇨기 pH, 볼륨 출력인 것으로 나타났다.[17] 더 긴 우주왕복선 임무 동안, 석재 형성 위험은 임무 내내 급격히 증가하며 착륙 후에도 지속된다.[18]

그림 4-2a와 4-2b는 우주왕복선 비행의 대표적인 승무원 중 석재 형성의 상대적 위험을 보여준다. 미국 우주비행사들의 석재 형성에 대한 회고적인 의학 차트 검토는 12명의 다른 우주비행사들이 14건의 신장 석재 형성을 보고했고 그 중 9건이 비행 후 기간에 발생했다고 보고했다.[15]

셔틀-미르 임무

129일에서 208일 간의 우주왕복선-미르 임무 동안 수집된 자료에 따르면 우주 비행 환경과 그에 따른 지구 귀환으로 우주 비행사들의 소변 구성이 변경되고 신장결석 형성이 촉진되었다고 한다.[19] 이 자료는 비행 중 옥살산칼슘과 인산칼슘 스톤에 대한 위험이 증가했고, 비행 직후 옥살산칼슘과 요산염에 대한 위험도 증가했음을 보여준다. 이러한 비행 후 돌의 발달은 소변량이 적고 비뇨기 pH가 높기 때문이라고 볼 수 있다.[15]

국제우주정거장(ISS)

비행 실험 96-E057, 우주 비행 중 신장석 위험: 평가 및 대책 평가 등을 Expeditions 3, 4, 5, 6, 8, 11, 12, 13, 14에 대해 실시했다.[20] 이 실험의 목적은 장기간의 우주 비행 중 신장결석 형성에 대한 대책으로서 구연산칼륨의 비행중 효과성을 평가하는 것이었다. 이 실험의 결과는 승무원들에게 잠재력을 형성하는 신석들을 비행 후 기간 동안 잠재력을 형성하는 돌뿐만 아니라 우주에서의 시간의 함수로 묘사했다.[15][21]

미래 탐사 임무

탐사 임무는 더 긴 임무 기간과 더 먼 거리 때문에 임무 결과와 승무원의 건강과 안전에 추가적인 위협을 가한다. 신장결석의 형성과 통과로 인한 급성질환으로 인해 선원이 임무에 희생될 수 있기 때문에 탐사임무가 시작되기 전에 유효한 대응책을 마련하는 것이 중요하다.[15]

표 4-4에는 탐사 임무에 대한 구체적인 시나리오와 시간 고려사항이 요약되어 있다.

표 4-4.
기간 길이 미션 위치 위치까지의 전송 시간(일) 체류 기간(일) 지구로 돌아오는 운송 시간(일)
짧다 달 3 8 3
긴 달 5 170 5
짧다 화성 162 40 162
긴 화성 189 540 189

참조

  1. ^ a b c d Risk of Renal Stone Formation (PDF). Human Research Program: Human Health Countermeasures Element (HRP-47060). NASA. March 2008. p. 3.
  2. ^ a b c d e f Risk of Renal Stone Formation (PDF). Human Research Program: Human Health Countermeasures Element (HRP-47060). NASA. March 2008. p. 4.
  3. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2012-06-03. Retrieved 2012-08-09.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)[전체 인용 필요]
  4. ^ "Water Recovery System, International Space Station".
  5. ^ Whitson, PA; Pietrzyk, RA; Sams, CF (2001). "Urine volume and its effects on renal stone risk in astronauts". Aviation, Space, and Environmental Medicine. 72 (4): 368–72. PMID 11318017.
  6. ^ a b Risk of Renal Stone Formation (PDF). Human Research Program: Human Health Countermeasures Element (HRP-47060). NASA. March 2008. p. 5.
  7. ^ Pak, CY; Peterson, RD; Poindexter, J (2002). "Prevention of spinal bone loss by potassium citrate in cases of calcium urolithiasis". The Journal of Urology. 168 (1): 31–4. doi:10.1016/s0022-5347(05)64825-2. PMID 12050486.
  8. ^ Sellmeyer, D. E. (2002). "Potassium Citrate Prevents Increased Urine Calcium Excretion and Bone Resorption Induced by a High Sodium Chloride Diet". Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 87 (5): 2008–2012. doi:10.1210/jc.87.5.2008. PMID 11994333.
  9. ^ Marangella, M.; Di Stefano, M.; Casalis, S.; Berutti, S.; d’Amelio, P.; Isaia, G. C. (2004). "Effects of Potassium Citrate Supplementation on Bone Metabolism". Calcified Tissue International. 74 (4): 330–5. doi:10.1007/s00223-003-0091-8. PMID 15255069. S2CID 23251570.
  10. ^ Preminger, GM; Sakhaee, K; Pak, CY (1987). "Hypercalciuria and altered intestinal calcium absorption occurring independently of vitamin D in incomplete distal renal tubular acidosis". Metabolism: Clinical and Experimental. 36 (2): 176–9. doi:10.1016/0026-0495(87)90014-x. PMID 3807789.
  11. ^ "envihab". 2016-10-06.
  12. ^ Zerwekh, JE; Odvina, CV; Wuermser, LA; Pak, CY (2007). "Reduction of renal stone risk by potassium-magnesium citrate during 5 weeks of bed rest". The Journal of Urology. 177 (6): 2179–84. doi:10.1016/j.juro.2007.01.156. PMID 17509313.
  13. ^ NASA.gov[전체 인용 필요]
  14. ^ Rambaut, Paul C.; Johnston, Richard S. (1979). "Prolonged weightlessness and calcium loss in man". Acta Astronautica. 6 (9): 1113–22. Bibcode:1979AcAau...6.1113R. doi:10.1016/0094-5765(79)90059-6. PMID 11883480.
  15. ^ a b c d e Risk of Renal Stone Formation (PDF). Human Research Program: Human Health Countermeasures Element (HRP-47060). NASA. March 2008. pp. 6–11.
  16. ^ Whitson, PA; Pietrzyk, RA; Pak, CY; Cintrón, NM (1993). "Alterations in renal stone risk factors after space flight". The Journal of Urology. 150 (3): 803–7. doi:10.1016/s0022-5347(17)35618-5. PMID 8345588.
  17. ^ Whitson, PA; Pietrzyk, RA; Pak, CY (1997). "Renal stone risk assessment during Space Shuttle flights". The Journal of Urology. 158 (6): 2305–10. doi:10.1016/s0022-5347(01)68240-5. hdl:2060/19970003315. PMID 9366381.
  18. ^ Whitson, PA; Pietrzyk, RA; Sams, CF (1999). "Space flight and the risk of renal stones". Journal of Gravitational Physiology. 6 (1): P87–8. PMID 11543039.
  19. ^ Whitson, PA; Pietrzyk, RA; Morukov, BV; Sams, CF (2001). "The risk of renal stone formation during and after long duration space flight". Nephron. 89 (3): 264–70. doi:10.1159/000046083. PMID 11598387. S2CID 46532122.
  20. ^ NASA.gov[전체 인용 필요]
  21. ^ Whitson, PA; Pietrzyk, RA; Jones, JA; Nelman-Gonzalez, M; Hudson, EK; Sams, CF (2009). "Effect of potassium citrate therapy on the risk of renal stone formation during spaceflight" (PDF). The Journal of Urology. 182 (5): 2490–6. doi:10.1016/j.juro.2009.07.010. PMID 19765769.

외부 링크

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