Будущим покорителям Луны и Марса предстоит столкнуться с проблемой гравитации

Фото из открытых источников

На видео астронавтов на Луне видно, как они часто подпрыгивают на лунной поверхности, чему способствует тот факт, что гравитация нашего спутника составляет всего одну шестую часть гравитации Земли. Возможно, такие ощущения будут наблюдаться только на начальном этапе пребывания на Луне, а длительное пребывание на спутнике может привести к гораздо меньшим прыжкам. Вероятно, космонавты потеряют мышечную массу. 

Хорошо известно, что микрогравитация в космосе оказывает пагубное воздействие на человеческий организм, включая потерю плотности костной ткани и атрофию мышц. В исследовании, проведенном на мышах на Международной космической станции (МКС) и имеющем значение для космонавтов, ученые хотели исследовать гравитационный порог, ниже которого начинают разрушаться мышцы. Команда отправила на МКС 24 самца мышей, подвергая животных воздействию различных уровней имитированной гравитации с помощью центрифуги. При 1g, равном нормальной земной гравитации, мыши находились в условиях 0,33 g, 0,67 g или 1 g в течение до 28 дней. Статья с описанием результатов была опубликована в журнале Science Advances.

Исследователи измерили силу хвата и атрофию камбаловидной мышцы мышей — мышцы задней конечности, которая особенно чувствительна к изменениям гравитации. При силе тяжести 0,33g было достаточно, чтобы предотвратить полное разрушение, но мышечные волокна показали изменения в составе. Вместо этого, 0,67g оказалось достаточно, чтобы остановить разрушение и атрофию мышцы. Они обнаружили 11 метаболитов, которые изменялись в зависимости от изменения гравитации.

«Учитывая цель НАСА отправить людей на Марс в 2030-х годах, крайне необходимо всестороннее понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе этих изменений, вызванных гравитацией, а также разработка соответствующих мер противодействия для предотвращения пагубного воздействия на скелетные мышцы», — написала группа исследователей в своей статье. «Однако механизмы, посредством которых гравитация регулирует гомеостаз скелетных мышц, и последствия её отсутствия во время космического полёта остаются в значительной степени неясными из-за отсутствия инструментов, позволяющих изучать влияние гравитации на скелетные мышцы млекопитающих».

Полет на Луну был бы быстрее, поскольку астронавтам потребовалось бы всего несколько дней, чтобы добраться туда. Однако гравитация на Луне намного слабее, чем два пороговых значения, исследованных здесь. Путешествие на Марс заняло бы гораздо больше времени, по меньшей мере, много месяцев, но его гравитация составляет около 38 процентов от земной, чего достаточно, чтобы предотвратить деградацию, но, вероятно, не атрофию.

Космонавты на МКС находятся в свободном падении, поэтому, хотя фактическое притяжение гравитации лишь немного меньше, чем на поверхности, они испытывают микрогравитацию, то есть практически нулевую гравитацию, что вызывает целый ряд изменений в их организмах.

Без физических упражнений астронавты могут потерять 20 процентов мышечной массы за 5-11 дней. Поэтому на МКС они проводят на тренировках не менее двух часов в день. Даже при постоянных тренировках космонавты могут потерять 40 процентов мышечной массы после пяти месяцев в космосе.

Космонавты используют систему для силовых тренировок Advanced Resistive Exercise Device (ARED), беговую дорожку второго поколения под названием T2 и велоэргометр Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System (CEVIS). Эти устройства имитируют сопротивление, которое человек испытывает на Земле под действием гравитации. 

Это исследование может дать представление о гравитационном пороге, необходимом для поддержания здоровья мышц, но для понимания того, какими могут быть долгосрочные последствия пребывания на другой планете для космонавтов, необходимо узнать гораздо больше. Обильных физических упражнений может оказаться недостаточно, чтобы компенсировать все это.