Co dzieje się z mięśniami w kosmosie? NASA wysłała 24 myszy

Brak grawitacji zmienia ludzkie ciało szybciej, niż nam się wydaje – a odpowiedzi zaczynają dawać… myszy na orbicie.

Najnowszy eksperyment NASA i japońskiej agencji JAXA, w którym na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej trafiły 24 myszy, rzuca nowe światło na to, jak długo człowiek może funkcjonować poza Ziemią bez poważnych kłopotów z mięśniami.

Dlaczego naukowcy wysłali 24 myszy na orbitę

Każdy astronauta wracający z dłuższej misji zna ten problem: słabnące mięśnie, gorsza kondycja, trudności z chodzeniem po lądowaniu. Przyczyną jest długotrwały pobyt w warunkach znikomej grawitacji. Tym razem badacze postanowili dokładniej zmierzyć, gdzie leży granica bezpieczeństwa dla mięśni.

NASA i JAXA przygotowały specjalne moduły na ISS, w których 24 myszy żyły przez pewien czas w różnych warunkach przyspieszenia grawitacyjnego. Chodziło o to, by sprawdzić, jak stopniowa zmiana „ciągnięcia w dół” wpływa na mięśnie odpowiedzialne za utrzymanie postawy i chodzenie.

Przeczytaj również: Twój mikrofalownik pełen życia: setki bakterii przeżywa każdy „grill”

Opis wyników trafił do prestiżowego czasopisma naukowego Science Advances. To tam badacze pokazali, że kluczowa nie jest tylko masa mięśnia, lecz przede wszystkim jego sprawność w warunkach innej grawitacji.

Mięśnie w kosmosie: mniej siły przy tej samej objętości

Naukowcy skupili się głównie na mięśniu płaszczkowatym łydki, który na Ziemi ciężko pracuje przy staniu i chodzeniu. To właśnie ten mięsień mocno reaguje na zmiany grawitacji.

Przeczytaj również: Ta czarna kropla wzmacnia jelita i serce. Kardiolog wyjaśnia, jak ją stosować

Wynik zaskoczył część zespołu. Przy grawitacji równej zaledwie jednej trzeciej ziemskiego przyspieszenia grubość mięśnia prawie się nie zmieniła, za to spadła siła chwytu łapek. Mówiąc prosto: mięśnie wyglądały podobnie, ale działały gorzej.

Badanie pokazało, że poniżej około dwóch trzecich grawitacji Ziemi mięśnie myszy zaczynają tracić sprawność, choć ich rozmiar pozostaje zbliżony.

Przy 0,67 g – czyli około dwóch trzecich ziemskiej grawitacji – zwierzęta utrzymały siłę zbliżoną do tej z Ziemi. To ważny sygnał, że istnieje pewien „próg grawitacyjny”, poniżej którego organizm zaczyna szybko odczuwać skutki odciążenia.

Przeczytaj również: Jak okolica, w której mieszkasz, może zmniejszyć ryzyko udaru mózgu

Co dokładnie badali naukowcy

Eksperyment obejmował kilka elementów:

• pomiar masy wybranych mięśni po powrocie próbek na Ziemię,
• testy siły chwytu, które pokazują, jak sprawnie pracują włókna mięśniowe,
• analizę zmian metabolicznych w tkankach w zależności od poziomu grawitacji,
• porównanie wyników między grupami funkcjonującymi w różnych warunkach.

Dzięki temu udało się rozdzielić efekt zmiany samej objętości mięśnia od tego, co dzieje się z jego funkcją i przemianą materii.

Co myszy mogą powiedzieć o astronautach

Myszy nie są ludźmi, ale ich organizmy reagują na grawitację w dość podobny sposób. Dlatego badacze traktują je jako wygodny „model” do oceny zagrożeń dla zdrowia astronautów.

Genetyk z Uniwersytetu Connecticut zwraca uwagę, że kluczowe staje się teraz sprawdzenie, czy podobny próg – w okolicach dwóch trzecich ziemskiej grawitacji – obowiązuje także dla ludzi. Jeśli tak, może to oznaczać konieczność zupełnie nowego podejścia do planowania długotrwałych misji kosmicznych.

Kluczowe pytanie dotyczy tego, przy jakim poziomie grawitacji mięśnie człowieka zaczną wyraźnie tracić na zdrowiu i sile w czasie lotu.

Badacze, w tym specjalistka z Harvard Medical School, podkreślają, że trzeba też sprawdzić, jak podobne warunki wpływają na kości czy narządy wewnętrzne. Mięśnie to tylko jeden element układanki – jeśli kości będą się odwapniać, a serce osłabiać, sam trening nie wystarczy.

Mars a granica zdrowych mięśni

Najbardziej intrygująca część wniosków dotyczy Marsa. Czerwonej planecie towarzyszy grawitacja stanowiąca około 38% ziemskiej. To znacznie poniżej poziomu, przy którym myszy utrzymywały sprawne mięśnie.

Zespół badawczy wskazuje, że samo naturalne przyciąganie Marsa prawdopodobnie nie zapewni astronautom odpowiedniej ochrony. Osoby, które spędzą tam wiele miesięcy, mogą wyraźnie słabnąć, nawet jeśli będą normalnie chodzić po powierzchni planety.

Wszystko wskazuje na to, że grawitacja Marsa nie wystarczy, aby mięśnie osób przebywających tam miesiącami zachowały pełną sprawność.

Co ciekawe, naukowcy zwracają uwagę także na pewien paradoks. W słabszym przyciąganiu człowiek nie potrzebuje aż tak dużej siły do wykonywania codziennych czynności. Z punktu widzenia przeżycia na Marsie częściowy ubytek mięśni może więc uchodzić bez większych konsekwencji. Prawdziwy problem pojawi się dopiero przy powrocie na Ziemię, gdy osłabione ciało trafi z powrotem w pełne 1 g.

Jak można chronić mięśnie w kosmosie

Badanie z myszami nasila presję na opracowanie skutecznych metod ochrony układu mięśniowego w długich misjach. Już dziś astronauci na ISS spędzają nawet dwie godziny dziennie na ćwiczeniach z oporem, używając specjalnych urządzeń zastępujących ciężary.

Do rozważenia pozostaje kilka kierunków:

• programy treningowe – bardziej intensywne i lepiej dopasowane do konkretnego poziomu grawitacji,
• sztuczna grawitacja – np. obracające się moduły stacji lub statku, które wytwarzają siłę zbliżoną do tej na Ziemi,
• farmakologia – leki wspierające utrzymanie masy i funkcji mięśni w odciążeniu,
• kombinezony o zwiększonym obciążeniu – stroje, które „udają” silniejsze przyciąganie, wymuszając większy wysiłek przy każdym ruchu.

Wszystkie te pomysły mogą działać razem. Jeśli grawitacja naturalna jest zbyt niska, trzeba ją uzupełnić ruchem, technologią i medycyną.

Co to znaczy dla przyszłych turystów kosmicznych

Wraz z rozwojem lotów komercyjnych coraz częściej pada pytanie, jak długo zwykły pasażer może bezpiecznie przebywać w warunkach niemal nieważkości. Badanie na myszach sugeruje, że przy krótszych lotach ryzyko dla mięśni będzie ograniczone, ale przy dłuższych pobytach prywatnych załóg na orbitalnych hotelach temat stanie się bardzo realny.

Można wyobrazić sobie sytuację, w której biura podróży sprzedające kilkutygodniowe wyjazdy na orbitę będą jednocześnie oferować „pakiet treningowy” przed lotem i w jego trakcie. Bez tego powrót do codzienności na Ziemi mógłby okazać się dla niektórych bardzo trudny fizycznie.

Dlaczego próg grawitacyjny ma tak duże znaczenie

Organizm człowieka powstał w warunkach stałego przyspieszenia grawitacyjnego. Mięśnie i kości reagują na obciążenie mechaniczne: jeśli przestajemy ich używać, ciało zaczyna je „oszczędzać”, czyli po prostu redukować. To samo dzieje się, gdy ktoś długo leży po ciężkim urazie – mięśnie zanikają, kości słabną.

W kosmosie ta sytuacja dotyczy całego ciała naraz. Wyniki badań z myszami podpowiadają, że istnieje pewna minimalna grawitacja, przy której organizm jeszcze uznaje wysiłek za wystarczająco duży, aby utrzymać mięśnie w formie. Poniżej tej wartości włącza się tryb „oszczędzania” i siła spada, nawet jeśli objętość włókien zmienia się powoli.

Dla planistów misji na Marsa, Księżyc czy w okolice asteroid to bardzo praktyczna informacja. Pozwala lepiej oszacować, jak intensywne mają być ćwiczenia, kiedy warto sięgnąć po sztuczną grawitację i ile czasu po powrocie do domu astronauci będą potrzebowali na rehabilitację.