24 myszy na orbicie. Naukowcy sprawdzili, kiedy mięśnie w kosmosie zaczynają słabnąć
Jak długo mięśnie wytrzymają życie w niemal bezciężkim kosmosie?
Naukowcy sprawdzili to, wysyłając na orbitę 24 myszy.
Eksperyment prowadzony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej miał dać odpowiedź na bardzo praktyczne pytanie: przy jakiej grawitacji mięśnie zaczynają tracić siłę, nawet jeśli wciąż wyglądają na zdrowe. W tle jest jeden cel – przygotowanie ludzi na długie wyprawy, w tym na Marsa.
24 myszy na ISS i cztery poziomy grawitacji
Badanie zorganizowały wspólnie NASA i japońska agencja JAXA. Na pokład ISS trafiło 24 myszy, które umieszczono w specjalnych modułach z możliwością sztucznego wytwarzania różnych poziomów przyspieszenia grawitacyjnego.
Naukowcy sprawdzali, co stanie się z mięśniami zwierząt, gdy przez dłuższy czas żyją one w różnych warunkach:
- mikrograwitacja – praktycznie stan nieważkości znany z ISS,
- 0,33 g – około jedna trzecia ziemskiej grawitacji, podobnie jak na Marsie,
- 0,67 g – około dwie trzecie ziemskiej grawitacji,
- 1 g – standardowa grawitacja na powierzchni Ziemi.
Takie porównanie pozwoliło wychwycić moment, w którym mięśnie wciąż zachowują objętość, ale zaczynają tracić sprawność. Wnioski okazały się zaskakująco konkretne.
Badanie wykazało granicę blisko 0,67 g – poniżej tego poziomu myszy zaczynały tracić siłę, nawet jeśli mięśnie nie robiły się wyraźnie mniejsze.
Mięśnie nie znikają, a mimo to słabną
Głównym obiektem zainteresowania był mięsień płaszczkowaty łydki (soleus) – bardzo podatny na zmiany grawitacji, bo na Ziemi pracuje niemal bez przerwy przy staniu i chodzeniu. To dobry „czujnik”, który szybko pokazuje, jak organizm reaguje na brak obciążenia.
Wyniki były wyraźne:
| Poziom grawitacji | Wielkość mięśnia soleus | Siła chwytu / funkcja mięśni |
|---|---|---|
| 1 g (Ziemia) | wartość odniesienia | normalna siła |
| 0,67 g | zbliżona do ziemskiej | porównywalna z poziomem ziemskim |
| 0,33 g | zaskakująco podobna do ziemskiej | wyraźny spadek siły chwytu |
| mikrograwitacja | tendencja do zaniku | silne osłabienie funkcji |
Najciekawsze jest to, że przy 0,33 g mięśnie nie skurczyły się dramatycznie, a mimo tego ich sprawność spadła. To oznacza, że sama objętość mięśnia nie mówi całej prawdy o tym, jak działa on w realnych warunkach.
Siła mięśni zaczyna spadać wcześniej, niż widać to w lustrze czy na tomografii – struktura i metabolizm zmieniają się jeszcze zanim mięsień wyraźnie się zmniejszy.
Co z tego wynika dla ludzi w kosmosie
Eksperyment dotyczył myszy, ale dla planistów misji załogowych najważniejsze pytanie brzmi: ile z tego daje się przełożyć na człowieka. Genetycy i lekarze zaangażowani w badanie podkreślają, że sama wartość 0,67 g nie może być po prostu skopiowana jako „magiczna liczba” dla ludzkich mięśni. Zbyt wiele zależy od budowy ciała, wieku, aktywności fizycznej czy genów.
Mimo tych zastrzeżeń pojawia się kilka praktycznych wniosków dla przyszłych misji:
- długotrwałe przebywanie w grawitacji poniżej około dwóch trzecich ziemskiej wyraźnie zwiększa ryzyko osłabienia mięśni,
- same ćwiczenia mogą nie wystarczyć, jeśli organizm przez miesiące praktycznie nie „czuje” ciężaru własnego ciała,
- przy planowaniu habitatów kosmicznych trzeba myśleć o stałym obciążeniu mięśni, a nie tylko okazjonalnym treningu.
Naukowcy zwracają też uwagę, że mięśnie to tylko część układanki. W podobny sposób reagują kości, serce, naczynia krwionośne i narządy wewnętrzne. Dlatego w kolejnych etapach badań ten sam model ma posłużyć do analizy zmian w gęstości kości oraz pracy narządów.
Mars na celowniku: czy 38% ziemskiej grawitacji wystarczy?
Najbardziej emocjonujący fragment całej historii dotyczy Marsa. Czerwona planeta ma zaledwie około 38% ziemskiej grawitacji, czyli mniej niż testowane w eksperymencie 0,33 g. To oznacza, że marsjańskie warunki znajdują się wyraźnie poniżej poziomu, przy którym u myszy obserwowano utrzymanie normalnej siły mięśni.
Same warunki na Marsie raczej nie utrzymają mięśni w dobrej formie u astronautów spędzających tam długie miesiące.
Z jednej strony, na planecie o niższej grawitacji człowiek potrzebuje mniejszej siły, żeby chodzić, podnosić sprzęt czy pracować w skafandrze. Z drugiej – organizm przyzwyczaja się do „łatwiejszego życia” i jeszcze chętniej pozbywa się nieużywanych włókien mięśniowych. W efekcie powrót na Ziemię może być wyjątkowo trudny, a ryzyko urazów rośnie.
Ćwiczenia, sztuczna grawitacja i inne sztuczki
Dlatego w dyskusjach o bazach marsjańskich coraz częściej przewija się hasło „sztuczna grawitacja”. Chodzi o tworzenie warunków, w których ciało regularnie odczuwa przyspieszenie podobne do ziemskiego, na przykład w obracających się modułach mieszkalnych lub specjalnych wirówkach do treningu.
Możliwe rozwiązania, nad którymi już teraz pracują inżynierowie i lekarze:
- bardziej wymagające treningi siłowe na ISS i w przyszłych bazach planetarnych,
- kombinezony stawiające opór ruchom, które „udają” ciężar ciała,
- krótkie sesje w wirówkach generujących większe przyspieszenie niż grawitacja Marsa,
- leki i suplementy, które zmniejszają tempo rozpadu włókien mięśniowych i kości.
Eksperyment z myszami dostarcza konkretnego punktu odniesienia dla takich projektów – pokazuje, że kluczowe jest nie tylko ćwiczenie, ale i stałe tło grawitacyjne.
Mięśnie, kości i metabolizm – jak organizm reaguje na „odchudzone” życie
Oprócz samej siły mięśni naukowcy analizowali też zmiany metaboliczne w tkankach badanych zwierząt. W różnych poziomach grawitacji inaczej pracują mitochondria, inaczej zachowuje się gospodarka energetyczna komórek, a niektóre szlaki biochemiczne zostają dosłownie przestrojone.
Gdy obciążenie spada, organizm zaczyna „oszczędzać” energię, redukując to, co wydaje mu się zbędne – mięśnie i kości. To ewolucyjnie sensowny mechanizm, ale fatalny z perspektywy astronautów, którzy po powrocie na Ziemię muszą znowu radzić sobie z pełnym ciężarem własnego ciała.
Brak grawitacji działa trochę jak brutalna, niechciana kuracja odchudzająca dla mięśni i kości: organizm zdejmuje z siebie wszystko, co wydaje mu się zbędnym balastem.
Dlatego kolejne misje badawcze skupią się na tym, jak równocześnie chronić kilka układów: mięśniowy, kostny, krążenia i nerwowy. Bez tego myśl o kilkuletniej wyprawie na Marsa czy budowie stałego habitatu księżycowego pozostanie głównie na papierze.
Co to oznacza dla zwykłego człowieka
Choć myszy na orbicie wydają się odległe od codzienności, wnioski z takich badań zaskakująco dobrze pasują do problemów znanych z Ziemi. Długie leżenie w łóżku, siedzący tryb pracy, brak ruchu – to wszystko z punktu widzenia mięśni przypomina miniaturową wersję życia w niskiej grawitacji.
Niewielka aktywność sprawia, że organizm przestawia się na tryb „oszczędzania” i stopniowo ogranicza masę oraz siłę mięśni, nawet jeśli rozmiar nóg czy rąk nie zmienia się dramatycznie. Dlatego u osób, które mało się ruszają, spadek wydolności często pojawia się szybciej, niż zmiana sylwetki.
Patrząc na to w ten sposób, badania prowadzone na ISS mogą pomóc nie tylko przyszłym załogom lecącym na Marsa, lecz także pacjentom po długiej hospitalizacji, seniorom czy każdemu, kto próbuje wrócić do formy po okresie siedzącego życia. Mechanizmy rozpadu i odbudowy mięśni są bardzo podobne – niezależnie od tego, czy ciało unosi się nad Ziemią, czy siedzi przed komputerem.
