Co dzieje się z mięśniami w kosmosie? Eksperyment NASA na 24 myszach

Lot 24 myszy na pokład ISS odsłonił, jak brak grawitacji po cichu osłabia mięśnie i co to oznacza dla ludzi.

Naukowcy z NASA i japońskiej agencji JAXA przeprowadzili jedno z najdokładniejszych badań wpływu obniżonej grawitacji na organizm. Na orbitę wysłano grupę myszy, którym stopniowo „odkręcano” grawitację, aby sprawdzić, przy jakim jej poziomie mięśnie przestają sobie radzić. Wyniki trafiły do prestiżowego czasopisma Science Advances i już teraz mocno kształtują planowanie przyszłych misji na Marsa.

Małe ciała w wielkiej próbie: 24 myszy na ISS

Eksperyment opierał się na pozornie prostym pomyśle: umieścić myszy w różnych warunkach grawitacyjnych i dokładnie śledzić, co stanie się z ich mięśniami. Do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS poleciało 24 osobników. Każda grupa żyła w innym „poziomie ciężkości” – od niemal całkowitej nieważkości po warunki zbliżone do ziemskich.

Badacze ustawili cztery warianty grawitacji:

• mikrograwitacja – praktycznie stan nieważkości, typowy dla ISS,
• 0,33 g – około jedna trzecia ziemskiej grawitacji,
• 0,67 g – około dwie trzecie ziemskiej grawitacji,
• 1 g – pełna grawitacja, taka jak na powierzchni Ziemi.

To pozwoliło wyznaczyć próg, przy którym mięśnie zaczynają tracić sprawność, nawet jeśli na pierwszy rzut oka wyglądają na niezmienione.

Mięśnie w kosmosie: siła spada, objętość zostaje

Kluczowym elementem doświadczenia był mięsień płaszczkowaty, czyli soleus – u ludzi odpowiada za stabilne stanie, chodzenie i utrzymanie postawy. Jest wyjątkowo wrażliwy na zmianę grawitacji, bo na co dzień niemal nie przestaje pracować.

Po analizie danych naukowcy zauważyli zaskakujące zjawisko: kiedy grawitacja spadała poniżej 0,67 g, siła mięśni malała, chociaż ich rozmiar praktycznie się nie zmieniał.

Najbardziej niepokojący był rozdźwięk między tym, jak mięśnie wyglądały, a jak działały. Objawiało się to spadkiem siły przy zachowanej masie mięśniowej, co sugeruje „cichą” utratę sprawności.

W warunkach 0,33 g uchwyt łap myszy słabł – zwierzęta miały problem z utrzymaniem siły, mimo że badania struktury mięśni nie wykazywały dramatycznych zmian. Przy 0,67 g sytuacja była inna: siła chwytu pozostawała na poziomie zbliżonym do tego z Ziemi, co wskazuje, że organizm radził sobie z takim obciążeniem bez poważniejszych konsekwencji.

Dlaczego to takie groźne dla astronautów?

W tradycyjnych badaniach na Ziemi spadek masy mięśniowej zwykle idzie w parze z utratą siły. W kosmosie schemat się załamuje – mięsień może wyglądać prawie normalnie, a mimo to pracować o wiele gorzej. Astronauta, który liczy tylko na „gołe oko” i pomiary rozmiaru mięśni, może zwyczajnie przeoczyć moment, w którym realnie staje się słabszy.

Dla długich misji, gdzie powrót na Ziemię zajmuje miesiące, to duże ryzyko. Manewrowanie sprzętem, prace naprawcze na zewnątrz stacji czy awaryjna ewakuacja wymagają pełnej sprawności, a nie tylko ładnie wyglądających mięśni.

Co myszy mówią nam o ludzkim ciele?

Oczywiście, mysz to nie człowiek, ale jej podstawowe mechanizmy fizjologiczne są na tyle podobne, że od lat służy jako model w medycynie. Tu jest podobnie: wyniki z gryzoni stają się punktem odniesienia dla przyszłych badań nad astronautami.

Kluczowa kwestia dla naukowców to ustalenie, przy jakim poziomie grawitacji u ludzi zaczną się pojawiać istotne problemy z funkcjonowaniem mięśni, nawet jeśli nie widać dużych zmian w ich masie.

Naukowcy podkreślają, że samo badanie mięśni to dopiero początek. Ta sama misja jest zachętą, by podobnie dokładnie przyjrzeć się:

• kościom – które w kosmosie szybko tracą gęstość,
• narządom wewnętrznym – zwłaszcza sercu i układowi krążenia,
• metabolizmowi – sposobowi wykorzystania energii i składników odżywczych.

Już teraz widać, że obniżona grawitacja zaburza nie tylko mięśnie, ale cały system, w którym one funkcjonują. Zmieniony rozkład płynów w organizmie, inne obciążenie stawów, inaczej pracująca przepona – każdy element pociąga za sobą kolejny.

Mars pod lupą: czy grawitacja 38% wystarczy?

Najbardziej gorący temat w tle tego eksperymentu to oczywiście Mars. Grawitacja na czerwonej planecie wynosi około 38% tego, co znamy z Ziemi. To nawet mniej niż 0,33 g testowane w badaniu na myszach i wyraźnie poniżej progu 0,67 g, przy którym mięśnie zwierząt radziły sobie jeszcze całkiem dobrze.

W praktyce oznacza to, że sama grawitacja Marsa nie zapewni astronautom komfortu dla układu mięśniowego. Organizm człowieka może potraktować ją jako coś bliższego „ciągłemu siedzeniu lub leżeniu” niż aktywnemu życiu na Ziemi.

Badacze zwracają uwagę, że grawitacja na Marsie najpewniej nie wystarczy do zachowania pełnej sprawności mięśniowej przez długie miesiące pobytu, jeśli nie wprowadzimy dodatkowych rozwiązań.

Z drugiej strony, życie i praca w niższym przyciąganiu nie wymagają aż takiej siły, jak na Ziemi. Noszenie sprzętu czy poruszanie się po powierzchni planety staje się fizycznie łatwiejsze. Astronauci nie muszą więc mieć identycznej siły jak na Ziemi, by skutecznie wykonywać swoje zadania.

Jak można chronić mięśnie na Marsie i w dalekich lotach?

Obecnie astronauci na ISS ćwiczą nawet dwie godziny dziennie, korzystając z bieżni, rowerów treningowych i specjalnych urządzeń oporowych. Mimo tego po powrocie na Ziemię wielu z nich odczuwa wyraźną utratę siły i gęstości kości.

W kontekście Marsa i długich misji międzyplanetarnych badacze biorą pod uwagę kilka rozwiązań:

Najpewniej przyszłe misje będą łączyć kilka podejść – regularny trening, rozwiązania inżynieryjne i wspieranie organizmu na poziomie komórkowym.

Co to znaczy dla nas na Ziemi?

Badania prowadzone w kosmosie często wracają na Ziemię w zaskakujący sposób. Mechanizmy utraty siły przy stosunkowo niezmienionej masie mięśniowej przypominają to, co dzieje się u osób starszych oraz ludzi prowadzących bardzo siedzący tryb życia.

Myszy na ISS w przyspieszonym tempie przechodzą coś, co u człowieka trwa lata: mięśnie przestają pracować tak sprawnie, bo mają za mało „prawdziwej roboty”. To sygnał ostrzegawczy również dla tych, którzy dzień w dzień spędzają wiele godzin przy biurku.

Lepsze zrozumienie wpływu „braku obciążenia” na organizm może pomóc w tworzeniu bardziej skutecznych programów rehabilitacji, terapii dla seniorów czy planów treningowych dla osób po długiej chorobie. Kosmos w tym sensie staje się skrajnym laboratorium siedzącego trybu życia.

Jak sobie wyobrazić życie bez grawitacji?

Dla większości z nas grawitacja jest tak oczywista, że zwyczajnie jej nie zauważamy. To ona sprawia, że mięśnie nóg pracują, nawet gdy stoimy w kolejce do sklepu. W stanie nieważkości ciało traci to „tło pracy”, które codziennie niepostrzeżenie trenuje mięśnie antygrawitacyjne.

Można to przyrównać do życia w świecie, w którym nikt nie musi już nosić zakupów, wstawać z krzesła ani zbiegać po schodach – brzmi przyjemnie, ale organizm szybko uzna, że nie ma sensu utrzymywać drogiej w „eksploatacji” masy mięśniowej w pełnej gotowości. Eksperyment z 24 myszami pokazuje, że ten proces zaczyna się wcześniej, niż wielu naukowców przypuszczało, bo już przy częściowo obniżonej grawitacji.

Dla projektantów statków kosmicznych i przyszłych baz na Marsie oznacza to jedno: nie wystarczy zabrać astronautów na inną planetę. Trzeba jeszcze tak zaplanować ich codzienność, by mięśnie miały co robić – czy to dzięki ćwiczeniom, sprytnym technologiom, czy sztucznej grawitacji. Bez tego podróż w kosmos może okazać się dla ciała zaskakująco kosztowna.