Ena od ovir za dolge vesoljske misije je izguba mišic, zaradi katere trpijo astronavti. Imenuje se atrofija in NASA pravi da lahko astronavti med misijami, ki trajajo le 5 do 11 dni, izgubijo do 20 % mišične mase. Ta izguba mišic vpliva na tako imenovane 'antigravitacijske mišice', vključno z mišicami teleta, kvadriceps in mišicami hrbta in vratu.
Ta izguba mišic astronavtom otežuje izpolnjevanje svojih nalog, še posebej, ko se zgodijo misije na Mars. Lahko je tudi zelo nevarno za astronavte, saj so oslabljeni, ko se vrnejo na Zemljo. Če se med ponovnim vstopom pojavijo težave in morajo opraviti kakršne koli naporne nujne postopke, je lahko ta manjkajoča mišica razlika med življenjem in smrtjo.
Izguba mišic je posledica dela v okolju z mikrogravitacijo. V tem okolju astronavtove antigravitacijske mišice med normalno aktivnostjo niso aktivne. Astronavti vadijo do 2,5 ure na dan na Mednarodni vesoljski postaji za boj proti atrofiji mišic, z vožnjo s kolesom, hojo ali tekom na tekalni stezi in z uporabo RED (Resistance Exercise Device).
Nasin astronavt Leroy Chiao z uporabo naprave za vadbo odpornosti (RED) na krovu Mednarodne vesoljske postaje. Avtor slike: NASA
NASA je pred kratkim financirala 70-dnevno študijo o izgubi mišic, da bi raziskala, kako bi lahko zmanjšali izgubo mišic za astronavte. The študija je objavljena v PLOS One , s predolgim naslovom, da bi ga tukaj lahko reproducirali. Namesto da bi kot preizkuševalce uporabili dejanske astronavte, kar bi bilo nemogoče narediti, so v študiji uporabili subjekte, ki so bili podvrženi 70-dnevnemu počitku HDBR (počitek z glavo navzdol). HDBR velja za dober približek za to, čemur se astronavti doživijo v okoljih z mikrogravitacijo.
Študijo je izvedla medicinska podružnica Univerze v Teksasu (UTMB) s strani velike skupine raziskovalcev. Vsi preiskovanci so bili moški prostovoljci, stari 35 let plus ali minus 8 let. Obstajala je kontrolna skupina, ki je ostala v HDBR 70 dni brez vadbe ali dodatkov, druga skupina, ki je prejemala placebo in vadbo, in druga skupina, ki je prejela injekcije testosterona in vadbo. Skupno je sodelovalo 24 preizkušencev.
Med študijo so raziskovalci vzeli biopsijo mišice, imenovane Vastus lateralis. To je največji del mišice kvadricepsa v stegnu. Te vzorce tkiva smo analizirali na beljakovine.
Vastus lateralis v kvadricepsu je ena največjih tako imenovanih 'antigravitacijskih' mišic. Zasluge slike: javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=789660
Kaj so našli?
Raziskovalci so odkrili več sprememb mišičnih proteinov v vastus lateralis, ki so bile obrnjene ali vsaj zapuščene z vadbo. Te vaje so povzročile bolj zdravo organizacijo beljakovin v mišičnih vlaknih. Zdravljenje s testosteronom je povzročilo nadaljnje spremembe v beljakovinah, ki so spodbudile rast mišic, ki presega rast samo vadbe.
To verjetno ne zveni preveč presenetljivo, saj večina od nas ve, kaj počne testosteron. Toda študija je še več. Ekipa je pri svojih testiranih osebah identificirala biomarkerje, ki lahko napovedujejo izgubo mišic. Obstajajo tudi napovedni biomarkerji, ki kažejo na močan odziv na vadbo in zdravljenje za preprečevanje izgube mišic.
'...razvoj natančnih napovednih modelov bo verjetno vključeval algoritme, ki vključujejo plošče več beljakovin in dejavnikov.'
Iz študije »Proteomska raziskava človeških skeletnih mišic pred in po 70 dneh počitka z glavo navzdol z ali brez vadbe in testosteronskih protiukrepov«
Kot pravijo v svoji študiji, 'odkritje občutljivih proteomskih biomarkerjev lahko v prihodnosti omogoči prilagojene pristope medicine s pomočjo pri razvoju bolj usmerjenih protiukrepov, ki temeljijo na osnovnih profilih proteoma.' Torej bolje ko poznajo astronavta, bolje lahko napovedujejo in preprečijo izgubo mišic.
'Edinstvena spoznanja, ki smo jih pridobili o mišičnih beljakovinah med podaljšanim počitkom v postelji, bi lahko nekoč uporabili za napovedovanje sprememb mišične mase/moči v različnih situacijah in nato razvili prilagojen program vaj in hormonskih protiukrepov,' je dejal višji avtor E. Lichar Dillon. , docentka UTMB na oddelku za interno medicino.
'Študija nam je dala možnost, da identificiramo biomarkerje, ki napovedujejo, kako dovzeten je vsak posameznik za upad mišične funkcije in kako učinkovito se lahko različne vadbe in hormonsko zdravljenje borijo proti atrofiji,' je povedal višji avtor Randall Urban, glavni raziskovalec UTMB in profesor v oddelek za interno medicino.
Nasin Scott Kelly je eno leto preživel na krovu Mednarodne vesoljske postaje. Kljub redni vadbi v svojem času je občutil rušilno moč Zemljine gravitacije, ko se je vrnil ob koncu svoje misije in ... Zasluge slike: NASA/Robert Markowitz – https://www.flickr.com/photos/nasa2explore/15284046177/, javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=35991266
Kot priznavajo avtorji študije, je to dokaj preprost pristop k problemu, a pomemben prvi korak. Čeprav so identificirali nekatere beljakovine, ki služijo kot biomarkerji za mišično atrofijo in zdravljenje, verjetno obstaja veliko število beljakovin, ki delujejo skupaj.
'Kot je bilo pričakovano, nobena posamezna beljakovina, ki smo jo identificirali, ni bila v celoti predvidena za vsak subjekt ali izmerjeno fiziološko funkcijo, zato bo razvoj natančnih napovednih modelov verjetno vključeval algoritme, ki vključujejo plošče več beljakovin in dejavnikov,' pravi študija.
Naprej na Mars
Brez dvoma bomo šli na Mars. Veliko naslovov o tem prizadevanju se osredotoča na tehnologijo za opravljanje dela. Zmogljive rakete, kot je Sistem za izstrelitev vesolja , in vesoljska plovila, kot je Orion , se razvijajo, da bi astronavte pripeljali na Mars in nato spet domov.
Drugi in zadnji kvalifikacijski test motorja (QM-2) za ojačevalnik sistema Space Launch si lahko ogledate v torek, 28. junija 2016, v testnih obratih Orbital ATK Propulsion Systems v Promontoryju v Utahu. Med letom Space Launch System bodo ojačevalniki zagotovili več kot 75 odstotkov potiska, potrebnega, da se izognemo gravitacijskemu vleku Zemlje, kar je prvi korak na Nasinem potovanju na Mars. Zasluge: (NASA/Bill Ingalls)
Toda astronavti sami so tisti, ki morajo opraviti delo. NASA namenja veliko sredstev, da bi razumela, kako lahko prenesejo te dolge misije. Ta študija in še več, ki bo sledilo, bo ključni del uspešnih misij na Mars.
Več:
- Izjava za javnost: Raziskovalci UTMB so se naučili, kako se bolje boriti proti izgubi mišic med vesoljskimi leti
- Raziskovalna naloga: Proteomska raziskava človeških skeletnih mišic pred in po 70 dneh počitka z glavo navzdol z ali brez vadbe in testosteronskih protiukrepov
- NASA: Informativni list o mišični atrofiji
- NASA: Vaše telo v vesolju: uporabite ga ali ga izgubite
- Kanadska vesoljska agencija: Kaj se zgodi z mišicami v vesolju?
- Sidney Morning Herald: Astronavt Scott Kelly o uničujočih učinkih enega leta v vesolju
- Vesolje danes: Kako močna je gravitacija na Marsu?