Eksperyment, który może zmienić przyszłość lotów kosmicznych
Nowe badanie kosmiczne zelektryzowało środowisko naukowe. NASA oraz japońska agencja kosmiczna JAXA przeprowadziły na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS sprytny eksperyment, w którym sprawdzono, jak różne poziomy grawitacji wpływają na kondycję mięśni. Wyniki brzmią technicznie, ale ich konsekwencje są ogromne — szczególnie dla przyszłych misji na Marsa i długotrwałego pobytu ludzi w przestrzeni kosmicznej.
Co dzieje się z mięśniami, gdy grawitacja prawie zanika
Na Ziemi nasze mięśnie nieprzerwanie pracują przeciwko sile grawitacji. Nawet podczas siedzenia czy stania są w ciągłym napięciu. W kosmosie ten opór niemal całkowicie znika. Astronauci doskonale znają skutki: zanikająca siła mięśniowa, malejąca gęstość kości i konieczność mozolnych ćwiczeń na specjalistycznych urządzeniach treningowych.
Właśnie tu pojawia się nowe badanie. Naukowcy chcieli odpowiedzieć na jedno proste, lecz fundamentalne pytanie: Ile grawitacji potrzebuje organizm, żeby mięśnie pozostały zdrowe i sprawne?
W tym celu na ISS wysłano 24 myszy. Zwierzęta przebywały w specjalnych klatkach, które sztucznie generowały różne poziomy siły grawitacji. Przetestowano cztery scenariusze:
- Mikrograwitacja (niemal pełna nieważkość, typowa dla warunków panujących na ISS)
- 0,33 g (około jednej trzeciej przyciągania ziemskiego — zbliżone do warunków na Marsie)
- 0,67 g (mniej więcej dwie trzecie ziemskiej grawitacji)
- 1 g (grawitacja ziemska jako punkt odniesienia)
Badanie ukazało się w renomowanym czasopiśmie naukowym Science Advances i przynosi wyraźny, choć niepokojący przekaz dla branży kosmicznej.
Gdy grawitacja spada poniżej około dwóch trzecich wartości ziemskiej, siła mięśni gwałtownie maleje — nawet jeśli ich rozmiar zewnętrznie niemal się nie zmienia.
Kluczowy mięsień pod lupą: soleus
Szczególną uwagę badaczy przyciągnął mięsień płaszczkowaty (soleus). Leży w łydce i należy do grupy tzw. mięśni antygrawitacyjnych. Na Ziemi stabilizuje postawę ciała oraz wspomaga chód i bieg. W badaniach kosmicznych uznawany jest za wczesny wskaźnik zaniku mięśniowego.
Pomiary ujawniły zaskakująco złożony obraz sytuacji:
- Przy 0,33 g masa mięśnia płaszczkowatego pozostała niemal niezmieniona — myszy nie wyglądały na osłabione.
- Siła chwytu wyraźnie jednak spadła — mięśnie działały słabiej, mimo że nie uległy widocznemu zanikowi.
- Przy 0,67 g zwierzęta zachowały siłę chwytu na poziomie porównywalnym z warunkami ziemnymi, czyli wartością 1 g.
Sam rozmiar mięśnia to zatem tylko część historii. Funkcja — czyli rzeczywista sprawność podczas chwytania czy podpierania się — zaczyna zawodzić znacznie wcześniej, niż sugerowałby wygląd zewnętrzny.
Badanie wskazuje na swoisty „próg grawitacyjny" wynoszący około 0,67 g. Powyżej tej wartości mięśnie zdają się pracować prawidłowo — poniżej niej siła zaczyna dramatycznie spadać.
Co to oznacza dla ludzi — kilka słów ostrożności
Oczywiście myszy to nie ludzie. Mimo to dostarczają cennych wskazówek. W warunkach kosmicznych przeprowadzanie eksperymentów na ludziach napotyka poważne bariery etyczne, dlatego modele zwierzęce służą jako brama do poznania fizjologii w ekstremalnych warunkach.
Zaangażowany w publikację genetyk podkreślił, że możliwość bezpośredniego przeniesienia wyników na ludzi wymaga jeszcze dokładnej weryfikacji. Ludzki organizm ma inne proporcje ciała, bardziej złożony zakres ruchów i niekiedy wolniej reaguje na zachodzące zmiany. Jednocześnie podstawowe biologiczne mechanizmy adaptacji mięśniowej są u obu gatunków zaskakująco podobne.
Z dotychczasowych misji kosmicznych z udziałem ludzi wiadomo już, że skutki nieważkości obejmują między innymi:
- gwałtowny spadek siły mięśniowej w nogach
- zmniejszenie gęstości kości przy długotrwałym przebywaniu w kosmosie
- konieczność intensywnego treningu fizycznego, by spowolnić te procesy
Nowe odkrycie dotyczące progu grawitacyjnego może zatem fundamentalnie wpłynąć na projektowanie przyszłych habitatów kosmicznych oraz planowanie misji załogowych — zwłaszcza tych zmierzających na Marsa, gdzie grawitacja wynosi zaledwie 0,38 g.
