Jedną z przeszkód w długich misjach kosmicznych jest utrata mięśni, na którą cierpią astronauci. Nazywa się to atrofią, a NASA mówi, że astronauci mogą stracić do 20% masy mięśniowej podczas misji trwających zaledwie 5 do 11 dni. Ta utrata mięśni wpływa na tak zwane „mięśnie antygrawitacyjne”, w tym mięśnie łydek, mięsień czworogłowy i mięśnie pleców i szyi.
Ta utrata mięśni utrudnia astronautom wykonywanie ich zadań, zwłaszcza gdy odbywają się misje na Marsa. Może być również bardzo niebezpieczny dla astronautów, ponieważ są osłabieni, gdy wracają na Ziemię. Jeśli podczas ponownego wejścia występują problemy i muszą oni wykonać uciążliwe procedury ratunkowe, brak mięśni może być różnicą między życiem a śmiercią.
Utrata mięśni wynika z pracy w środowisku mikro-grawitacyjnym. W tym środowisku mięśnie antygrawitacyjne astronautów nie są aktywne podczas normalnej aktywności. Astronauci ćwiczą do 2,5 godziny dziennie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, aby zwalczyć atrofię mięśni, jeżdżąc na rowerze stacjonarnym, spacerując lub biegając po bieżni oraz używając RED (urządzenie do ćwiczeń oporowych).
NASA niedawno sfinansowała 70-dniowe badanie utraty mięśni, w celu zbadania, w jaki sposób można zmniejszyć utratę mięśni dla astronautów. Badanie zostało opublikowane w PLOS One, a jego tytuł jest zbyt długi, aby go tu odtworzyć. Zamiast wykorzystywać rzeczywistych astronautów jako badanych, co byłoby niemożliwe, w badaniu wykorzystano badanych, którzy przeszli 70 dni HDBR (Head Down Bed Rest.) HDBR jest uważany za dobry wskaźnik zastępczy dla tego, co astronauci przechodzą w środowiskach mikro-grawitacyjnych.
Badanie zostało przeprowadzone przez dużą część naukowców przez University of Texas Medical Branch (UTMB). Wszyscy badani byli ochotnikami płci męskiej w wieku 35 lat plus 8 lat. Była grupa kontrolna, która pozostała w HDBR przez 70 dni bez ćwiczeń i suplementów, inna grupa, która otrzymywała placebo i ćwiczenia, oraz inna grupa, która otrzymywała zastrzyki testosteronu i ćwiczenia. W badaniu wzięło udział 24 osoby testowe.
Podczas badań naukowcy pobrali biopsję mięśnia zwanego Vastus lateralis. To największa część mięśnia czworogłowego w udzie. Te próbki tkanek analizowano pod kątem białek.
Co znaleźli?
Naukowcy odkryli kilka zmian w białkach mięśniowych w Vastus lateralis, które zostały odwrócone lub przynajmniej stępione przez ćwiczenia. Te ćwiczenia zaowocowały zdrowszą organizacją białka w obrębie włókien mięśniowych. Leczenie testosteronem przyczyniło się do dalszych zmian białka, które sprzyjały wzrostowi mięśni przekraczającemu jedynie wysiłek fizyczny.
To chyba nie wydaje się zbyt zaskakujące, ponieważ większość z nas wie, co robi testosteron. Ale badanie to coś więcej. Zespół zidentyfikował markery biologiczne u badanych osób, które potencjalnie przewidują utratę mięśni. Istnieją również biomarkery predykcyjne, które wskazują na silną reakcję na ćwiczenia i leczenie w celu przeciwdziałania utracie mięśni.
„… Opracowanie dokładnych modeli predykcyjnych prawdopodobnie będzie wymagało algorytmów obejmujących panele kilku białek i czynników”.
Z badania „Badanie proteomiczne ludzkiego mięśnia szkieletowego przed i po 70 dniach leżenia w łóżku z lub bez ćwiczeń i środków zaradczych testosteronu”
Jak mówią w swoim badaniu, „Odkrycie wrażliwych biomarkerów proteomicznych może w przyszłości pozwolić na spersonalizowane podejście do medycyny, pomagając w opracowaniu bardziej ukierunkowanych środków zaradczych opartych na podstawowych profilach proteomowych”. Im lepiej znają astronautę, tym lepiej potrafią przewidywać i zapobiegać utracie mięśni.
„Unikalne spostrzeżenia, które uzyskaliśmy na temat białek mięśniowych podczas dłuższego leżenia w łóżku, można kiedyś zastosować do przewidywania zmian masy / siły mięśni w różnych sytuacjach, a następnie opracować spersonalizowany program ćwiczeń i hormonalnych środków zaradczych” - powiedział starszy autor E. Lichar Dillon , Adiunkt UTMB w dziale chorób wewnętrznych.
„Badanie dało nam możliwość zidentyfikowania biomarkerów, które przewidują, jak podatny jest każdy osobnik na spadek funkcji mięśni i jak skutecznie różne ćwiczenia i terapie hormonalne mogą zwalczyć atrofię”, powiedział starszy autor Randall Urban, dyrektor badań i profesor UTMB w oddział chorób wewnętrznych.
Jak przyznają autorzy badania, jest to dość proste podejście do problemu, ale ważny pierwszy krok. Chociaż zidentyfikowali niektóre białka, które służą jako biomarkery atrofii i leczenia mięśni, prawdopodobnie istnieje duża liczba białek współpracujących ze sobą.
„Zgodnie z oczekiwaniami żadne pojedyncze białko, które zidentyfikowaliśmy, nie było w pełni predykcyjne dla każdego badanego obiektu lub funkcji fizjologicznej, a opracowanie dokładnych modeli predykcyjnych prawdopodobnie będzie obejmować algorytmy obejmujące panele kilku białek i czynników”, mówi badanie.
Naprzód na Marsa
Bez wątpienia pojedziemy na Marsa. Wiele nagłówków na temat tego wysiłku koncentruje się na technologii, aby wykonać zadanie. Potężne rakiety, takie jak Space Launch System, i statki kosmiczne, takie jak Orion, są opracowywane, aby zabrać astronautów na Marsa, a następnie wrócić do domu.
Ale sami astronauci są tymi, którzy muszą wykonać pracę. NASA przeznacza wiele zasobów, aby zrozumieć, jak mogą wytrzymać te długie misje. To badanie, a także kolejne, będzie kluczową częścią udanych misji Marsa.
Więcej:
- Informacja prasowa: Badacze UTMB nauczyli się, jak lepiej zwalczać utratę mięśni podczas lotów kosmicznych
- Artykuł badawczy: Badanie proteomiczne ludzkiego mięśnia szkieletowego przed i po 70 dniach leżenia w łóżku z lub bez ćwiczeń i środków zaradczych testosteronu
- NASA: Zestawienie atrofii mięśni
- NASA: Twoje ciało w kosmosie: użyj go lub strać
- Canadian Space Agency: Co się dzieje z mięśniami w kosmosie?
- Sidney Morning Herald: Astronauta Scott Kelly o niszczycielskich skutkach roku w kosmosie
- Space Magazine: Jak silna jest grawitacja na Marsie?
