Długotrwałe narażenie na mikrograwitację prowadzi do utraty masy kostnej, a nowe badania ujawniają, jak często to się dzieje i konkludują, że astronauci mogą nigdy w pełni nie wyzdrowieć.
„Niekorzystny wpływ światła kosmicznego na tkankę kostną może być głęboki” — czytamy w zdaniu otwierającym nowe badanie opublikowane dziś w czasopiśmie Scientific Reports. Głębokie ma rację. Badania prowadzone przez zoologów Leigh Gabel i Stevena Boyda z University of Calgary wykazały, że astronauci podczas długich lotów (czyli misji dłuższych niż trzy miesiące) nie wykazują oznak regeneracji kości nawet po spędzeniu całego roku na Ziemi.. Wydaje się, że długoterminowe zadania powodują przedwczesne starzenie się kości, zwłaszcza kończyn dolnych pod wpływem stresu.
„Odkryliśmy, że nośna kość została tylko częściowo przywrócona u większości astronautów rok po ich locie w kosmos” – powiedział Gabel w oświadczeniu. „Sugeruje to, że trwała utrata masy kostnej spowodowana lotami w kosmos jest taka sama, jak związana z wiekiem utrata masy kostnej na Ziemi w ciągu dekady”.
Dobrą wiadomością, jeśli w ogóle, jest to, że trening oporowy w kosmosie może pomóc zmniejszyć utratę masy kostnej i przyspieszyć regenerację. „Poprzednie badania przeprowadzone przez tę samą grupę badawczą wykazały, że „astronauci mają większe szanse na zachowanie gęstości kości i siły, jeśli zwiększą objętość treningu w locie” – napisali naukowcy. Nowe badania pokazują, jak bardzo zależy nam na grawitacji, aby utrzymać mocne kości. Każdy dzień to nieustanna walka z grawitacją, ale cała ta praca jest dobra dla naszego organizmu, ponieważ stale wzmacnia nasze kości. Jednak w kosmosie astronauci po prostu unoszą się w powietrzu prawie bez fizycznego oporu, powodując utratę gęstości kości.
„Utrata kości występuje u ludzi – gdy się starzejemy, doznajemy kontuzji lub w każdym przypadku, gdy nie możemy poruszać naszym ciałem, tracimy kości” – mówi Gabel. „Zrozumienie, co dzieje się z astronautami i jak się odradzają, jest niezwykle rzadkie. Pozwala to w tak krótkim czasie zobaczyć procesy zachodzące w organizmie.”
Zespół udał się do NASA Johnson Space Center w Houston w Teksasie, aby przeprowadzić badania. Przeprowadzono wywiady z 17 międzynarodowymi astronautami (14 mężczyzn i 3 kobiety), z których wszyscy wykonywali długoterminowe misje w pewnym momencie w ciągu ostatnich siedmiu lat. Astronauci byli oceniani przed odlotem na ISS, a następnie 6 i 12 miesięcy po powrocie na Ziemię.
Zespół wykonał skany kości określonych obszarów anatomicznych, a mianowicie kości piszczelowej lub piszczelowej oraz przedramienia. Pozwoliło to naukowcom zmierzyć podatność tych kości na złamania (lub „obciążenie uszkadzające” w języku ojczystym zoologów), a także zawartość minerałów w kościach i grubość tkanki kostnej. Zarejestrowali również procedury treningowe astronautów podczas i po ich misjach kosmicznych, które obejmowały ćwiczenia takie jak podnoszenie ciężarów, bieganie na bieżni i jazda na rowerze.
Spośród 17 testowanych astronautów 16 wykazało niepełną regenerację kości piszczelowej (pomiary ich przedramion nie różniły się tak naprawdę rok po locie kosmicznym). Przeciętnie astronauci mają nośność na uszkodzenia goleni wynoszącą 10 579 niutonów przed lotem w kosmos, ale spada ona do 10 408 niutonów, gdy natychmiast wracają na Ziemię, tracąc
95 niutonów. Astronauci zdołali częściowo odzyskać siły w ciągu roku od powrotu, ale nadal byli o 152 niutony poniżej obciążenia przed lotem.
Pobito również ich gęstość kości. Astronauci mieli średnią gęstość kości 326 miligramów na centymetr sześcienny przed czasem w kosmosie, ale kiedy wrócili, spadła do 282,5 miligramów na centymetr sześcienny — spadek o
3,5 miligramów na centymetr sześcienny.
„Nasze wyniki wskazują, że mikrograwitacja powoduje nieodwracalne uszkodzenia wytrzymałości, gęstości kości i trapezowej mikroarchitektury kości” – napisali naukowcy w swoich badaniach. Według niezależnych badań kość gąbczasta jest „wysoce porowatą formą tkanki kostnej, która samoorganizuje się w sieć połączonych ze sobą prętów i płytek”, której zadaniem jest zapewnianie wytrzymałości i odchylanie obciążeń bocznych poza stawy.
Nic dziwnego, że pomiary kości pogorszyły się w czasie trwania zadania. Według jednego z badań ośmiu astronautów, którzy byli na ISS przez ponad sześć miesięcy, wyzdrowiało znacznie mniej niż ci, którzy wykonywali krótsze misje. W tym samym czasie astronauci, którzy odzyskali najwyższą gęstość mineralną z kości piszczelowej, wykonywali najwięcej ćwiczeń martwego ciągu podczas lotu.
„Ponieważ ciasna przestrzeń będzie czynnikiem ograniczającym w przyszłych misjach eksploracyjnych klas, sprzęt do ćwiczeń będzie musiał zostać zoptymalizowany pod kątem małego obszaru” – napisali naukowcy. „Trening wytrzymałościowy (zwłaszcza martwy ciąg i inne ćwiczenia dolnych partii ciała) pozostanie podstawą redukcji utraty masy kostnej; jednak dodanie ćwiczeń skokowych do wzorców orbitalnych może temu zapobiec. dalsza utrata masy kostnej i skrócenie dziennego czasu ćwiczeń.
To ważne odkrycia, zwłaszcza że NASA, poprzez swój kolejny program Artemis, chce zbudować stałą i trwałą obecność na Księżycu i wokół niego. Nowe badanie koncentruje się również na przyszłych misjach załogowych na Marsa, które obejmą również dłuższy pobyt w kosmosie. Oprócz atrofii mięśni i utraty wytrzymałości kości, mikrograwitacja ma niekorzystny wpływ na serce, oczy, mózg, kręgosłup, komórki i ogólny stan fizyczny. Ważne jest, abyśmy znali wszystkie zagrożenia związane ze statkiem kosmicznym i najlepsze sposoby ich minimalizacji.