Одним из препятствий для длительных космических миссий является потеря мышечной массы, от которой страдают космонавты. Это называется атрофией, и НАСА говорит, что астронавты могут потерять до 20% мышечной массы во время миссий всего от 5 до 11 дней. Эта потеря мышц влияет на так называемые «антигравитационные мышцы», включая мышцы голени, четырехглавую мышцу и мышцы спины и шеи.
Эта потеря мышечной массы мешает астронавтам выполнять свои задачи, особенно когда выполняются миссии на Марс. Это также может быть очень опасно для космонавтов, потому что они ослаблены, когда возвращаются на Землю. Если во время повторного въезда возникают проблемы, и им необходимо выполнить какие-либо тяжелые неотложные процедуры, эта недостающая мышца может стать различием между жизнью и смертью.
Потеря мышц связана с работой в условиях микрогравитации. В этой среде антигравитационные мышцы астронавта не работают во время нормальной деятельности. Астронавты занимаются до 2,5 часов в день на Международной космической станции для борьбы с атрофией мышц, катаясь на велотренажере, гуляя или бегая трусцой на беговой дорожке, и используя КРАСНОЕ (устройство для тренировок с отягощениями).
Недавно НАСА профинансировало 70-дневное исследование потери мышечной массы, чтобы выяснить, как потеря мышечной массы может быть сведена к минимуму для астронавтов. Исследование опубликовано в PLOS One, название которого слишком длинное, чтобы воспроизвести его здесь. Вместо того, чтобы использовать реальных астронавтов в качестве подопытных, что было бы невозможно сделать, в исследовании использовались субъекты, которые прошли 70 дней HDBR (Head Down Bed Rest.) HDBR считается хорошим показателем того, что астронавты проходят в условиях микрогравитации.
Исследование было проведено медицинским отделением Техасского университета (UTMB) большой группой исследователей. Все испытуемые были мужчинами-добровольцами в возрасте 35 лет, плюс или минус 8 лет. Была контрольная группа, которая оставалась в HDBR в течение 70 дней без упражнений или добавок, другая группа, которая получала плацебо и упражнения, и другая группа, которая получала инъекции тестостерона и упражнения. Всего приняли участие 24 испытуемых.
Во время исследования ученые взяли биопсию мышцы, называемой Vastus lateralis. Это самая большая часть четырехглавой мышцы бедра. Эти образцы ткани были проанализированы на белки.
Что они нашли?
Исследователи обнаружили несколько изменений в мышечных белках в Vastus lateralis, которые были изменены или, по крайней мере, притуплены при физической нагрузке. Эти упражнения привели к более здоровой организации белка в мышечных волокнах. Лечение тестостероном привело к дальнейшим изменениям белка, которые способствовали росту мышц, превышающему тот, что был при физической нагрузке.
Вероятно, это не кажется слишком удивительным, поскольку большинство из нас знает, что делает тестостерон. Но это еще не все для изучения. Команда определила биомаркеры у своих испытуемых, которые потенциально могут предсказать потерю мышечной массы. Существуют также прогностические биомаркеры, которые указывают на устойчивую реакцию на физические упражнения и лечение для противодействия потере мышечной массы
«… Разработка точных прогностических моделей, вероятно, будет включать алгоритмы, которые включают панели из нескольких белков и факторов».
Из исследования «Протеомное исследование скелетных мышц человека до и после 70 дней постельного режима с опущенной головой с или без упражнений и контрмер тестостерона»
Как говорится в их исследовании, «открытие чувствительных протеомных биомаркеров в будущем может позволить использовать персонализированные подходы к медицине, помогая в разработке более направленных контрмер, основанных на базовых профилях протеома». Таким образом, чем лучше они знают космонавта, тем лучше они могут предсказать и предотвратить потерю мышечной массы.
«Уникальные идеи, которые мы получили о мышечных белках во время длительного постельного режима, когда-нибудь могут быть использованы для прогнозирования изменений мышечной массы / силы в различных ситуациях, а затем для разработки индивидуальной программы упражнений и гормональных контрмер», - сказал старший автор Э. Личар Диллон , Доцент кафедры внутренней медицины УТМБ.
«Исследование дало нам возможность идентифицировать биомаркеры, которые предсказывают, насколько каждый человек подвержен снижению мышечной функции и насколько эффективно различные физические упражнения и гормональные препараты могут бороться с атрофией», - сказал старший автор Рэндалл Урбан, главный исследователь UTMB и профессор в кафедра внутренней медицины.
Как признают авторы исследования, это довольно простой подход к проблеме, но важный первый шаг. Хотя они определили некоторые белки, которые служат биомаркерами для мышечной атрофии и лечения, вероятно, большое количество белков работает вместе.
«Как и ожидалось, ни один из идентифицированных нами белков не был полностью прогностическим для каждого измеряемого субъекта или физиологической функции, и разработка точных прогностических моделей, вероятно, будет включать алгоритмы, которые включают панели из нескольких белков и факторов», - говорится в исследовании.
Вперед на Марс
Мы собираемся отправиться на Марс, без сомнения. Многие заголовки об этих усилиях сосредоточены на технологиях для выполнения работы. Разрабатываются мощные ракеты, такие как Space Launch System, и космические корабли, такие как Orion, чтобы доставить астронавтов на Марс, а затем снова домой.
Но сами астронавты должны выполнять эту работу. НАСА выделяет много ресурсов, чтобы понять, как они могут выдержать эти длинные миссии. Это исследование, и многое другое, чтобы последовать, станет ключевой частью успешных миссий на Марс.
Больше:
- Пресс-релиз: исследователи UTMB узнали, как лучше бороться с потерей мышц во время космических полетов
- Исследовательская работа: Протеомное исследование скелетных мышц человека до и после 70 дней постельного режима с опущенной головой с или без упражнений и контрмер против тестостерона.
- НАСА: информационный бюллетень о мышечной атрофии
- НАСА: ваше тело в космосе: используйте его или потеряйте
- Канадское космическое агентство: что происходит с мышцами в космосе?
- Sidney Morning Herald: астронавт Скотт Келли о разрушительном влиянии года в космосе
- Космический журнал: Насколько сильна гравитация на Марсе?
