Co stanie się z mięśniami ludzi na Marsie? Naukowcy mają niepokojący trop

24 myszy spędziły kilka tygodni na orbicie, aby sprawdzić, jak brak normalnej grawitacji wpływa na mięśnie.

Wyniki zaskoczyły nawet badaczy.

Eksperyment NASA i japońskiej agencji kosmicznej JAXA na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) pokazuje, że o sile naszych mięśni decyduje nie tylko trening, lecz także konkretna „minimalna dawka” grawitacji. To właśnie ona może przesądzić o tym, czy długie podróże na Marsa będą w ogóle bezpieczne dla ludzkiego ciała.

24 myszy na ISS: eksperyment, który ma przygotować nas do Marsa

Badacze wysłali na ISS grupę 24 myszy, aby sprawdzić, co stanie się z ich mięśniami w różnych warunkach grawitacyjnych. Nie chodziło tylko o zwykłą mikrograwitację znaną z nagrań unoszących się astronautów. Naukowcy zaprojektowali system, który pozwalał symulować kilka poziomów przyciągania, od niemal zerowego aż po zbliżone do ziemskiego.

Przeczytaj również: Budzi cię huk tuż przed zaśnięciem? To może być rzadki zespół snu

W eksperymencie zastosowano cztery warunki:

• mikrograwitacja – praktycznie stan nieważkości
• 0,33 g – około jedna trzecia ziemskiej grawitacji
• 0,67 g – około dwie trzecie ziemskiej grawitacji
• 1 g – normalna grawitacja taka jak na Ziemi

Celem było sprawdzenie, przy jakim poziomie grawitacji mięśnie zaczynają słabnąć i jak szybko ten proces zachodzi. Wyniki opisano w czasopiśmie „Science Advances”.

Przeczytaj również: Co dzieje się z mięśniami w kosmosie? Myszki na ISS dały zaskakującą odpowiedź

Mięśnie nie znikają, ale słabną: gdzie leży granica bezpieczeństwa

Szczególną uwagę poświęcono mięśniowi płaszczkowatemu (soleus), który u ludzi i zwierząt mocno reaguje na zmianę grawitacji, bo odpowiada za utrzymywanie postawy i chodzenie. To idealny „czujnik” obciążenia mechanicznego.

Badacze zaobserwowali coś, co z punktu widzenia astronautów brzmi jak ostrzeżenie:

Przeczytaj również: Chiny jako pierwsze zgadzają się na sprzedaż implantu mózgu dla sparaliżowanych

gdy grawitacja spadała poniżej poziomu około 0,67 g, mięśnie zaczynały tracić siłę, mimo że ich rozmiar niemal się nie zmieniał.

W warunkach 0,33 g masa mięśniowa była zbliżona do tej z Ziemi, ale siła chwytu wyraźnie malała. Przy 0,67 g myszy zachowywały siłę porównywalną z ziemską, co sugeruje, że ten poziom przyciągania może stanowić pewnego rodzaju próg ochronny dla funkcji mięśni.

Dlaczego to niepokoi lekarzy i trenerów astronautów

Dla specjalistów medycyny kosmicznej to sygnał, że samo patrzenie na masę mięśniową to za mało. Zwierzęta wyglądały na „umięśnione”, ale ich rzeczywiste możliwości spadały. To podobny problem jak u osób, które prowadzą siedzący tryb życia – mięśnie nie znikają z dnia na dzień, lecz stopniowo tracą sprawność.

W praktyce może to oznaczać, że astronauta po miesiącach lotu w słabszej grawitacji fizycznie „wygląda nieźle”, a mimo to ma kłopot z wykonaniem prostych zadań wymagających siły i wytrzymałości.

Co eksperyment na myszach mówi o ludzkim ciele

Badanie dotyczyło zwierząt, lecz naukowcy nie ukrywają, że ich prawdziwym celem jest zrozumienie, jak zareaguje ludzkie ciało podczas przyszłych misji załogowych. Astronautów czeka nie tylko pobyt na ISS, lecz także potencjalnie wielomiesięczna podróż na Marsa i długi pobyt na jego powierzchni.

Naukowcy podkreślają, że kluczowe będzie ustalenie, przy jakim poziomie grawitacji u ludzi zaczynają się wyraźne zmiany w sile i wytrzymałości mięśni.

Eksperci zwracają uwagę, że mięśnie to tylko jeden element układanki. Aby zobaczyć pełny obraz, trzeba zbadać także:

• kości – w nieważkości szybko tracą gęstość, co sprzyja złamaniom
• narządy wewnętrzne – w tym serce i naczynia krwionośne, które w innej grawitacji pracują w odmiennych warunkach ciśnienia
• układ nerwowy – odpowiedzialny za koordynację ruchów, równowagę i orientację w przestrzeni

Koncepcja długich misji kosmicznych oznacza więc potrzebę równoległych badań nad mięśniami, kośćmi, metabolizmem i psychiką załóg.

Mars pod lupą: za małe przyciąganie, by zachować formę?

Mars przyciąga nie tylko wyobraźnię, ale też dosłownie – z siłą stanowiącą około 38% ziemskiej grawitacji. To mniej niż 0,4 g, a więc wyraźnie poniżej progu 0,67 g, przy którym myszy utrzymywały sprawność mięśniową.

Wnioski nie są dla przyszłych marsjańskich kolonizatorów szczególnie optymistyczne. Sam pobyt na powierzchni Czerwonej Planety nie zapewni mięśniom wystarczającego obciążenia, by zachować ich pełną siłę. Naukowcy sugerują, że załogi będą potrzebowały intensywnych programów ćwiczeń, a być może także technologii generujących dodatkową, sztuczną grawitację.

Czy na Marsie naprawdę potrzeba tyle siły co na Ziemi?

Jest jedno zastrzeżenie, które nieco łagodzi obraz. W słabszym przyciąganiu samo poruszanie się wymaga mniejszego wysiłku. Człowiek w niższej grawitacji podnosi lżejsze przedmioty i sam waży mniej. Być może więc astronauta nie musi zachować pełnej „ziemskiej” siły, żeby funkcjonować na powierzchni Marsa.

To prowadzi do bardzo praktycznych pytań: ile siły wystarczy, by bezpiecznie wykonywać zadania, naprawiać sprzęt, nosić kombinezon i wrócić do statku w sytuacji awaryjnej? Te parametry trzeba będzie dokładnie przetestować zanim ktokolwiek stanie na Marsie na dłużej niż kilka dni.

Jak można bronić mięśnie przed grawitacyjną „dietą”

Międzynarodowe załogi na ISS już teraz spędzają nawet dwie godziny dziennie na treningu. Używają specjalnych urządzeń, które zastępują hantle i bieżnie, bo w nieważkości klasyczny sprzęt się nie sprawdza. Nowe dane z eksperymentu na myszach sugerują, że takie programy trzeba będzie jeszcze mocniej dostosować do warunków słabszej grawitacji.

Badacze rozważają kilka kierunków działań:

• ćwiczenia oporowe – sprzęt, który daje mięśniom sztuczne obciążenie, imitując ciężar ciała lub ciężary
• sztuczna grawitacja – np. obracające się moduły, w których siła odśrodkowa działa podobnie jak przyciąganie planety
• wsparcie farmakologiczne – leki, które chronią mięśnie i kości przed zbyt szybką degradacją
• indywidualne programy treningowe – oparte na pomiarach siły i masy mięśni każdej osoby

Kluczowe stanie się wyłapanie momentu, w którym funkcja mięśni zaczyna wyraźnie spadać, choć wizualnie nic na to nie wskazuje. Regularne pomiary siły chwytu, skoki w miejscu czy testy równowagi mogą z czasem stać się rutyną w misjach kosmicznych.

Co oznacza „próg grawitacyjny” i czy dotyczy też nas na Ziemi

Pojęcia takie jak 0,33 g czy 0,67 g brzmią jak abstrakcja, ale kryje się za nimi dość prosta idea: mięśnie potrzebują pewnego minimalnego obciążenia, aby pozostawały sprawne. Poniżej tego progu trening musi tę lukę wypełnić. Gdy grawitacja nie wystarcza, wkracza fizjoterapia i ćwiczenia.

Ten sam mechanizm obserwujemy zresztą na Ziemi. Osoby długo leżące w łóżku, po złamaniach czy ciężkich chorobach, bardzo szybko tracą siłę. Mięśnie bez obciążenia przestają być używane w pełnym zakresie i zaczynają się „rozleniwiać”. To, co dzieje się z astronautą w mikrograwitacji, jest radykalną wersją tego zjawiska.

W tym sensie badania kosmiczne mogą przynieść realne korzyści pacjentom na Ziemi. Lepsze zrozumienie, jak dokładnie mięśnie reagują na brak obciążenia, może pomóc tworzyć skuteczniejsze programy rehabilitacji, a nawet nowe leki wspierające regenerację po długiej nieaktywności.

Jeśli przyszłe analizy potwierdzą, że istnieje dość precyzyjny próg grawitacji, poniżej którego mięśnie tracą sprawność, inżynierowie misji załogowych dostaną konkretną liczbę, z którą trzeba się liczyć. To z kolei przełoży się na projekt statków, habitatów i systemów treningowych – od krótkich lotów księżycowych po ambitne plany stałych baz na Marsie.