Согласно недавнему исследованию, осуществленному на Международной космической станции (МКС), ученым удалось установить ключевые значения гравитации, которые позволяют избежать негативных изменений в мышцах в течение продолжительных космических путешествий. Данные, представленные в журнале Science Advances, имеют важное значение для перспективных пилотируемых миссий на Луну и Марс, учитывая, что уровень гравитации на этих планетах существенно ниже, чем на Земле.
Хорошо известно, что пребывание в условиях микрогравитации, состояние, близкое к полной невесомости, вызывает ослабление мышечной ткани. Несмотря на это, до настоящего времени ученые не имели четкого представления о том, какая степень гравитации необходима для поддержания здоровья мышц. С целью выяснения этого вопроса, группа ученых разместила на Международной космической станции 24 мыши и в течение 27–28 дней подвергала их воздействию различной силы тяжести. Для проведения эксперимента применялось специальное оборудование, включающее центрифугу — систему Multiple Artificial-gravity Research System (MARS), которая позволяла воспроизводить условия с гравитацией, составляющей одну треть (0,33g), две трети (0,67g) и полную земную гравитацию (1g). Контрольная группа мышей оставалась на Земле на протяжении всего исследования.
Ученые провели детальное исследование вернувшихся грызунов, обратив внимание на мышечную массу, силу хвата, гистологические изменения и активность генов. Полученные данные выявили явную зависимость от уровня гравитации. У мышей, подвергавшихся воздействию микрогравитации и гравитации в 0,33g, наблюдалась существенная потеря мышечной массы и силы в сравнении с контрольной группой. Наиболее заметные изменения коснулись камбаловидной мышцы, которая характеризуется высокой восприимчивостью к воздействию разгрузки. Тем не менее, показатели здоровья у животных, содержавшихся в условиях гравитации в 0,67g, оказались практически идентичными таковым у особей, находившихся в условиях земного притяжения. Это позволяет сделать вывод о том, что гравитационный уровень, составляющий две трети земного, достаточен для предотвращения атрофии мышц. В то же время, гравитация в 0,33g обеспечивала лишь частичную защиту.
Помимо физиологических изменений, ученые выявили и молекулярные признаки воздействия гравитации. Исследование образцов плазмы крови показало, что концентрация 11 метаболитов напрямую зависела от величины гравитационного ускорения. В их число вошли креатин, лактат и глицин, что свидетельствует о трансформации энергетического и аминокислотного обмена в условиях сниженной гравитации. Дополнительный анализ экспрессии генов продемонстрировал, что при микрогравитации и ускорении 0,33g снижается синтез белка, а также активируются процессы, способствующие разрушению мышечной ткани.
Эти имеют важное, хоть и неоднозначное, значение для пилотируемой космонавтики. Если физиология человека реагирует на гравитацию сходным образом, то порог в 0,67g, необходимый для полной защиты мышц, создает проблему для миссий на Марс, где гравитация составляет всего 0,38g. Для Луны с ее 0,17g риски для здоровья мышц будут еще выше. Авторы исследования подчеркивают, что выходом из ситуации могут стать методы создания искусственной гравитации или интенсивные физические упражнения.
Исследователи отмечают, что представленное исследование имеет определенные ограничения: в нем были задействованы исключительно молодые самцы мышей, и не проводилась оценка отдаленных последствий. Однако выявленные биомаркеры, при условии их подтверждения в дальнейших исследованиях на людях, способны послужить фундаментом для дистанционного контроля состояния мышц, как у космонавтов, так и у людей, страдающих заболеваниями, затрагивающими мышцы, на Земле.