Mars kusi, ale grawitacja może rozłożyć astronautów na łopatki

Lot na Marsa brzmi jak spełnienie marzeń, ale naukowcy coraz wyraźniej widzą jedną przeszkodę: sama grawitacja tej planety.

Nowe dane z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pokazują, że po wielu miesiącach w kosmosie mięśnie człowieka mogą nie poradzić sobie nawet z niższym przyciąganiem na Marsie. To nie jest drobny dyskomfort, ale realne zagrożenie dla zdrowia i sprawności osób, które miałyby tam pracować, a nie tylko zrobić sobie selfie na tle czerwonego horyzontu.

Dlaczego brak grawitacji tak szybko niszczy mięśnie

Organizm człowieka powstawał w warunkach ziemskiego przyciągania. Każdy krok, każda zmiana pozycji to dla mięśni i kości stały trening, nawet jeśli tego nie czujemy. W chwili, gdy rakieta opuszcza Ziemię, ten naturalny bodziec praktycznie znika.

W stanie nieważkości mięśnie szkieletowe przestają „walczyć” z ciężarem ciała. W konsekwencji:

Przeczytaj również: Ten jeden błąd w treningu niszczy formę. Prawie każdy go popełnia

• włókna mięśniowe szybko się zmniejszają,
• spada siła i wytrzymałość,
• zaburza się gospodarka białek i tłuszczów w komórkach,
• dochodzi do dezorganizacji procesów odpowiedzialnych za odnowę mięśni.

Badania na ISS pokazują, że problem nie dotyczy tylko wielkości mięśni. Zmienia się też ich „oprogramowanie”. Analizy aktywności genów wskazują, że w warunkach mikrograwitacji spada aktywność szlaków odpowiadających za syntezę białek i efektywne spalanie kwasów tłuszczowych. Mięsień zaczyna działać w trybie oszczędnym, lepiej pasującym do siedzenia niż do dźwigania czy biegania.

Długotrwały lot bez grawitacji sprawia, że organizm krok po kroku przestawia się na życie w trybie „minimum wysiłku” – bardzo niekorzystnym dla kogoś, kto po lądowaniu ma ciężko pracować fizycznie.

Mars to nie Ziemia, ale też nie kompletna nicość

Mars ma około jedną trzecią ziemskiego przyciągania. Intuicyjnie brzmi to jak ulga dla stawów i mięśni. Naukowcy postanowili sprawdzić, czy taka wartość wystarczy, by po długim locie w kosmosie mięśnie wróciły do formy, czy raczej będzie to za mało, by odwrócić szkody.

Przeczytaj również: Antybiotyki mogą namieszać w jelitach nawet na osiem lat

Do badań wykorzystano system MARS w japońskim module Kibo na ISS. Umożliwia on utrzymywanie zwierząt w różnych poziomach przyspieszenia, w tym w warunkach zbliżonych do Marsa. Naukowcy analizowali mięśnie między innymi przy:

• pełnym ziemskim przyciąganiu (1 g),
• wartości zbliżonej do marsjańskiej (0,33 g),
• poziomie pośrednim, około dwóch trzecich ziemskiego (0,67 g),
• mikrograwitacji typowej dla lotu kosmicznego.

Co pokazały eksperymenty z częściową grawitacją

Analizy struktury i pracy mięśni wykazały prostą zależność: im wyższe przyciąganie, tym lepszy stan włókien. Schemat był czytelny:

Przeczytaj również: Jak kolor skóry zmienia działanie leków i dlaczego medycyna reaguje tak późno

W warunkach zbliżonych do tych panujących na Marsie mięśnie co prawda nie degradowały się tak dramatycznie jak w mikrograwitacji, ale daleko im było do stanu wyjściowego. Wyraźne „zabezpieczenie” pojawiało się dopiero przy przyciąganiu około 0,67 g.

Planeta o przyciąganiu takim jak Mars nie daje organizmowi człowieka wystarczającego bodźca, aby po długiej podróży odtworzyć pełną siłę i wydolność mięśni.

Naukowcy zidentyfikowali też jedenaście związków krążących we krwi, których poziom zmieniał się wraz z wartością grawitacji. To swoiste „markery grawitacyjne”, które w przyszłości mogą posłużyć do monitorowania kondycji mięśni u astronautów bez pobierania wycinków tkanek.

Co to oznacza dla załogowego lotu na Marsa

Szacuje się, że podróż na Marsa zajmie około ośmiu–dziewięciu miesięcy w jedną stronę. Przez ten czas załoga będzie przebywać w mikrograwitacji, mimo intensywnych treningów na pokładzie. Po wylądowaniu astronauci trafią na planetę, gdzie przyciąganie jest za słabe, by szybko odbudować straty powstałe w trakcie lotu.

A teraz najważniejsze: pierwsze dni na powierzchni mogą okazać się kluczowe dla bezpieczeństwa misji. Załoga będzie musiała:

• rozładować i przenieść ciężki sprzęt,
• ustawić moduły mieszkalne i systemy podtrzymywania życia,
• poruszać się po nierównym, kamienistym terenie,
• być gotowa na nieprzewidziane sytuacje awaryjne.

Osłabione mięśnie i zaburzone procesy metaboliczne mogą sprawić, że proste czynności staną się wyczerpujące, a ryzyko kontuzji wzrośnie. To nie problem wyłącznie medyczny, ale operacyjny: załoga, która nie ma siły pracować, nie jest w stanie bezpiecznie utrzymać bazy ani realizować badań naukowych.

Bez odpowiednich rozwiązań inżynieryjnych grawitacja Marsa może sprawić, że astronauci wylądują na planecie gotowi do selfie, ale nie do ciężkiej roboty, od której zależy powodzenie misji.

Grawitacja jako element projektu statku, nie tylko tło

Wnioski z badań prowadzą do jednej konkluzji: trzeba przestać traktować przyciąganie jako coś danego z góry. Staje się ono parametrem, którym można i trzeba zarządzać już na etapie projektowania misji.

Moduły z grawitacją sztuczną

Coraz poważniej rozważa się budowę obracających się modułów, które dzięki sile odśrodkowej symulowałyby przyciąganie większe niż marsjańskie. Kluczowy cel to osiągnięcie co najmniej 0,67 g, bo taki poziom – zgodnie z badaniami – dużo skuteczniej chroni mięśnie.

Mogłoby to oznaczać na przykład:

• obracające się „pierścienie” na statku, w których załoga spędzałaby część dnia,
• specjalne kabiny do snu i ćwiczeń z regulowaną „siłą ciężkości”,
• łączenie standardowego treningu na orbitrekach czy bieżniach z kontrolowaną grawitacją.

Takie rozwiązania są technicznie skomplikowane, ale dane z ISS pokazują, że sama siłownia na orbicie nie wystarczy. Trzeba odtworzyć nie tylko ruch, ale też obciążenie całego ciała przez większą część doby.

Co może to oznaczać dla zdrowia zwykłych ludzi

Choć te rozważania dotyczą dalekich misji, mechanizmy stojące za utratą mięśni są zaskakująco podobne do tego, co dzieje się na Ziemi, gdy prowadzimy siedzący tryb życia lub długo leżymy po operacji. Brak regularnego obciążenia dla mięśni, niezależnie czy chodzi o kosmos, czy biurowe krzesło, uruchamia podobne szlaki prowadzące do osłabienia i atrofii.

Można więc patrzeć na badania z kosmosu jak na ekstremalne laboratorium dla problemów dobrze znanych w medycynie sportowej czy geriatrii. Zrozumienie, przy jakim „progu obciążenia” mięsień zaczyna się bronić przed zanikaniem, może przełożyć się na lepsze programy rehabilitacji, treningu osób starszych czy pacjentów po urazach.

Warto też mieć świadomość, że przyszłe misje na Marsa wymuszą rozwój technologii dbających o mechaniczne bodźce dla organizmu. Część z nich może potem trafić do codziennego użytku – na przykład jako bardziej zaawansowane urządzenia treningowe czy systemy wspomagające ruch osób z ograniczoną sprawnością. W ten sposób problem, który dziś dotyczy garstki astronautów, może w dłuższej perspektywie zmienić podejście do dbania o mięśnie i kości milionów ludzi na Ziemi.