„NASA“ ir Kinijos nacionalinė kosmoso agentūra „CNSA“ planuoja siųsti astronautus į Marsą jau kitą dešimtmetį.
Toks ambicingas tikslas reikalauja itin kruopštaus planavimo, didelio masto tyrimų ir iš anksto parengtų sprendimų galimiems iššūkiams. Vienas svarbiausių klausimų – astronautų sveikata ir saugumas.
Be rizikų, susijusių su ilga kelione – padidėjusia radiacijos doze ir ilgalaikio buvimo mikrogravitacijoje poveikiu – yra ir pats Marsas. Jo gravitacija siekia apie 38 proc. Žemės gravitacijos.
Tokios sąlygos gali kelti ilgalaikių sveikatos grėsmių, todėl tarptautinė mokslininkų komanda aiškinasi, kaip Marso gravitacija paveiktų vieną svarbiausių žmogaus sveikatos komponentų – griaučių raumenis.
Griaučių raumenys yra gausiausias žmogaus kūno audinys, sudarantis daugiau nei 40 proc. visos kūno masės. Jie būtini judėjimui ir metabolinei sveikatai. Be to, šis audinys ypač jautrus sumažintai mechaninei apkrovai: mažesnė gravitacija gali lemti ryškų raumenų jėgos, dydžio ir funkcijos praradimą. Todėl svarbu suprasti, kaip raumenų audinys prisitaikytų prie Marso aplinkos.
Tyrimą vykdė mokslininkai iš Cukubos universiteto Medicinos instituto, „Tohoku Medical Megabank Organization“, „Advanced Research Center for Innovations in Next-Generation Medicine (INGEM)“, „Beth Israel Deaconess Medical Center“, „Brigham and Women’s Hospital“, Japonijos kosmoso tyrimų agentūros „JAXA“ Kosminės aplinkos panaudojimo centro ir kelių universitetų. Rezultatai paskelbti žurnale „Science Advances“.
Eksperimento metu komanda analizavo, kaip sumažinta gravitacija veikia griaučių raumenis 24 pelėms, kurios buvo išsiųstos į „JAXA“ eksperimentinį modulį „Kibo“.
Ten jos buvo patalpintos „JAXA“ sukurtame centrifugos įrenginyje „Multiple Artificial-gravity Research System (MARS)“. Per 28 dienas pelės buvo veikiamos keturiais skirtingais gravitacijos lygiais: mikrogravitacija, 0,33 g, 0,67 g ir 1 g.
Prieš skrydį pelėms atlikti tyrimai „NASA“ Kenedžio kosminiame centre, o grįžus jos ten pat buvo pakartotinai ištirtos ir paimti mėginiai.
Mėginius vėliau analizavo Rod Ailando universiteto „University of Rhode Island (URI)“ Mitybos katedros Metabolizmo ir raumenų biologijos laboratorijos „Metabolism and Muscle Biology Lab (MMBL)“ mokslininkai. Kaip teigė MMBL vadovė profesorė Marie Mortreux:
„Nors Žemėje galime imituoti kosminį skrydį su žmonėmis, tai yra itin sudėtinga ir brangu. Turime centrifugas, kurios gali laikinai paveikti žmones tam tikrais gravitacijos lygiais, tačiau poveikis nėra nei vienalytis, nei pastovus.
Pasirinkome vienodais intervalais atskirtus gravitacijos lygius, kad geriau matytume kiekvienos sistemos reakciją į gravitaciją. Grupė, veikiama 0,33 g, buvo itin arti Marso gravitacijos (0,38 g). Šios grupės rezultatus galima paversti praktiniais veiksmais, kurie padėtų įgyvendinti Marso tyrinėjimą.“
Grįžus pelėms į Žemę, Mortreux ir jos komanda įvertino jų svorį, jėgą bei judėjimą. Analizė parodė, kad 0,33 g reikšmingai sumažino skrydžio sukeltą raumenų nykimą, o esant 0,67 g raumenų atrofijos buvo išvengta visiškai.
Taip pat buvo matuojama priekinių galūnių suėmimo jėga, pasitelkiant elektrinės varžos miografiją (EIM). Šie duomenys rodė, kad 0,67 g pakanka raumenų veiklai palaikyti.
Apibendrinti rezultatai leidžia teigti, kad 0,67 g gali būti kritinė riba, padedanti sumažinti ilgalaikio kosminio skrydžio sukeltą raumenų atrofiją.
Be to, analizuojant pelių kraujo plazmą identifikuota 11 metabolitų, kurių pokyčiai priklausė nuo gravitacijos lygio. Mokslininkai mano, kad ateityje jie galėtų tapti biomarkeriais, padedančiais stebėti astronautų fiziologinį prisitaikymą.
Šis darbas tęsia ankstesnius Mortreux tyrimus, atliktus kartu su profesore Mary Bouxsein (viena iš straipsnio bendraautorių) Harvardo medicinos mokykloje. Bouxsein dar 2010-ųjų pradžioje sukūrė antžeminį pelių dalinės gravitacijos modelį, o Mortreux Harvarde sukūrė žiurkių dalinės gravitacijos modelį. Todėl abi tyrėjos gerai pažįsta skirtingų gravitacijos lygių poveikį kaulų ir raumenų audiniams.
Kaip pažymėjo Mortreux, vienas svarbiausių šio tyrimo aspektų – galimybė patikrinti, ar antžeminiai rezultatai pasikartoja orbitoje, kai sumažinama mechaninė apkrova:
„Kadangi šios misijos tikslas buvo įvertinti gravitaciją kaip tęstinį spektrą, turėjome idealią galimybę pamatyti, ar mūsų antžeminiai rezultatai duoda panašius efektus, kai orbitoje taikoma sumažinta mechaninė apkrova“, – sakė M. Mortreux.
Tyrimo išvada aiški: būsimoms misijoms į Marsą teks rimtai spręsti raumenų masės ir jėgos mažėjimo problemą per ilgą kelionę tarp Žemės ir Marso.
Astronautams reikia nuolat atlikti mokslines užduotis, išlaikyti judrumą ir raumenų jėgą. Tai svarbu ne tik misijos metu, bet ir sugrįžus į Žemę, kai organizmui tenka iš naujo prisitaikyti prie įprastos gravitacijos.
Mokslininkai taip pat atkreipia dėmesį, kad ateities kosminių kelionių planuose gali praversti dirbtinės gravitacijos sprendimai, pavyzdžiui, besisukančios konstrukcijos, kurios padėtų sumažinti ilgalaikės mikrogravitacijos žalą.
