Однією з перешкод для тривалих космічних місій є втрата м’язів, від яких страждають космонавти. Це називається атрофією, і НАСА каже, що космонавти можуть втратити до 20% м'язової маси під час місій лише від 5 до 11 днів. Ця втрата м’язів впливає на «антигравітаційні м’язи», включаючи литкові м’язи, чотириголові та м’язи спини та шиї.
Ця втрата м’язів астронавтам ускладнює виконання своїх завдань, особливо коли відбуваються місії на Марс. Це також може бути дуже небезпечно для космонавтів, оскільки вони ослаблені, коли повертаються на Землю. Якщо під час повторного вступу виникнуть проблеми, і їм потрібно виконати будь-які жорсткі процедури екстреної допомоги, ця відсутність м'яза може бути різницею між життям та смертю.
Втрата м’язів пов'язана з роботою в мікрогравітаційному середовищі. У цьому середовищі антигравітаційні м’язи космонавта не активні під час звичайної активності. Астронавти здійснюють до Міжнародної космічної станції до 2,5 годин на день для боротьби з атрофією м’язів, їздивши на велосипеді на стаціонарному ходу, гуляючи або бігаючи на біговій доріжці та використовуючи RED (прилад для вправ опору.)
Нещодавно NASA фінансувало 70-денне дослідження втрати м’язів, щоб дослідити, як втрати м'язів можна мінімізувати для космонавтів. Дослідження опубліковане в PLOS One, заголовок якого занадто довгий для відтворення тут. Замість того, щоб використовувати фактичних космонавтів у якості дослідників, що було б неможливо зробити, дослідження використовувало суб'єктів, які перенесли 70 днів HDBR (Head Down Bed Rest.) HDBR вважається хорошим проксі для того, що космонавти зазнають у середовищі мікрогравітації.
Дослідження було проведено Медичним відділенням Університету Техасу (UTMB) великою групою дослідників. Усі досліджувані були добровольцями-чоловіками віком 35 років, плюс-мінус 8 років. Була контрольна група, яка перебувала в HDBR протягом 70 днів без фізичних вправ або добавок, інша група, яка отримувала плацебо та фізичні вправи, та інша група, яка отримувала ін’єкції тестостерону та фізичні вправи. Всього взяли участь 24 випробуваних.
Під час дослідження дослідники взяли біопсію м’яза під назвою Vastus lateralis. Це найбільша частина м’язи чотириголової стегна. Ці зразки тканин аналізували на білки.
Що вони знайшли?
Дослідники виявили кілька змін м'язових білків у Vastus lateralis, які були перетворені або принаймні притуплені вправою. Ці вправи призвели до більш здорової організації білка в м'язових волокнах. Лікування тестостероном призвело до подальших змін білка, що сприяло зростанню м’язів, що перевищує рівень фізичних вправ.
Це, мабуть, не надто дивно, адже більшість із нас знає, що робить тестостерон. Але є ще багато чого для дослідження. Команда визначила біомаркерів у своїх досліджуваних, які потенційно прогнозують втрату м’язів. Існують також прогностичні біомаркери, які вказують на надійну реакцію на фізичні вправи та лікування для протидії втраті м’язів.
"... розробка точних прогнозних моделей, ймовірно, передбачає алгоритми, що включають панелі з декількох білків і факторів".
З дослідження "Протеомічне дослідження скелетних м’язів людини до і після 70 днів постільного режиму з головою вниз з вправами або без фізичних вправ та тестостерону"
Як говориться в їхньому дослідженні, «виявлення чутливих протеомічних біомаркерів в майбутньому може дозволити персоналізовані підходи до медицини, сприяючи розробці більш спрямованих контрзаходів на основі базових профілів протеомів». Так чим краще вони знають космонавта, тим краще вони можуть передбачити і запобігти втраті м’язів.
"Унікальні уявлення про м’язові білки під час тривалого постільного режиму можуть колись застосувати для прогнозування змін м’язової маси / сили в різних ситуаціях, а потім розробити персональну програму вправ і гормональні контрзаходи", - сказав старший автор Е. Лічар Діллон , Доцент кафедри внутрішньої медицини.
"Дослідження дало нам можливість визначити біомаркери, які прогнозують, наскільки сприйнятливий кожен індивід до зниження функцій м'язів і як ефективно різні лікувальні вправи та гормони можуть боротися з атрофією", - сказав старший автор Рандал Урбан, головний науковий співробітник UTMB та професор кафедра внутрішньої медицини.
Як визнають автори дослідження, це досить простий підхід до проблеми, але важливий перший крок. Хоча вони виявили деякі білки, які служать біомаркерами для атрофії та лікування м’язів, ймовірно, велика кількість білків працює разом.
"Як і очікувалося, жоден окремий білок, який ми ідентифікували, не був повністю передбачуваним для кожного суб'єкта або фізіологічної функції, що вимірюється, і розробка точних прогнозних моделей, ймовірно, передбачає алгоритми, що включають панелі з декількох білків і факторів", - йдеться в дослідженні.
На Марс
Ми підемо на Марс, без сумніву. Багато заголовків навколо цих зусиль зосереджені на технології, щоб виконати роботу. Розробляються потужні ракети, як система космічного запуску, і космічні апарати, як Оріон, щоб доставити космонавтів на Марс, а потім знову додому.
Але самі космонавти повинні виконувати цю роботу. NASA виділяє багато ресурсів, щоб зрозуміти, як вони можуть витримати ці тривалі місії. Це дослідження, і ще багато чого слід буде стати ключовою частиною успішних місій на Марсі.
Більше:
- Прес-реліз: Дослідники UTMB дізналися, як краще боротися з втратою м’язів під час космічних польотів
- Дослідницький документ: Протеомічне дослідження скелетних м’язів людини до і після 70 днів постільного режиму з головою вниз з вправами або без фізичних вправ та протизахисних заходів з тестостероном
- НАСА: Фактичні дані про атрофію м'язів
- НАСА: Ваше тіло в космосі: використовуйте або втрачайте
- Канадське космічне агентство: Що відбувається з м'язами в космосі?
- Sidney Morning Herald: Астронавт Скотт Келлі про руйнівні наслідки року в космосі
- Космічний журнал: Наскільки сильна сила тяжіння на Марсі?
