Исследование на МКС показало что гравитация в две трети земной спасает мышцы от атрофии

Новое исследование, проведенное на борту Международной космической станции (МКС), помогло ученым определить критические пороги гравитации, необходимые для предотвращения разрушительных изменений в мышцах во время длительных космических миссий. Результаты этой работы, опубликованные в журнале Science Advances, имеют прямое отношение к будущим полетам человека на Луну и Марс, так как гравитация на этих небесных телах значительно ниже земной.

Хорошо известно, что пребывание в условиях микрогравитации, или почти полной невесомости, приводит к атрофии мышц. Однако до сих пор ученые не могли точно сказать, какой уровень гравитации является достаточным для поддержания мышечного здоровья. Чтобы ответить на этот вопрос, команда исследователей отправила на МКС 24 мыши и на протяжении 27–28 дней подвергала их воздействию различной гравитации. Для этого использовался специальный центр, оснащенный центрифугой — установка Multiple Artificial-gravity Research System (MARS), которая позволяла создавать условия с гравитацией, равной одной трети (0,33g), двум третям (0,67g) земной, а также моделировать нормальную земную гравитацию (1g). Контрольная группа животных все это время находилась на Земле.

Вернувшихся грызунов ученые тщательно изучили, оценивая мышечную массу, силу хвата, гистологию и экспрессию генов. Результаты показали четкую гравитационно-зависимую картину. У мышей, находившихся в условиях микрогравитации и при гравитации 0,33g, была зафиксирована значительная потеря мышечной массы и силы по сравнению с контрольной группой. Особенно сильно пострадала камбаловидная мышца, которая известна своей высокой чувствительностью к разгрузке. Однако животные, жившие в условиях 0,67g, продемонстрировали показатели, практически не отличавшиеся от тех, кто находился в земной гравитации. Это позволяет предположить, что порог в две трети земного притяжения является достаточным для защиты мышц от атрофии. При этом гравитация в 0,33g обеспечивала лишь частичную защиту.

Помимо физических изменений, исследователи обнаружили и молекулярные маркеры гравитационного воздействия. Анализ плазмы крови выявил 11 метаболитов, уровень которых менялся в строгой зависимости от силы тяжести. Среди них были креатин, лактат и глицин, что указывает на перестройку энергетического и аминокислотного обмена в условиях пониженной гравитации. Кроме того, анализ экспрессии генов подтвердил, что в условиях микрогравитации и 0,33g подавляется синтез белка и активируются пути, ведущие к мышечной деградации.

Эти данные 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.

Ученые признают, что работа имеет ряд ограничений: в ней участвовали только молодые самцы мышей, и она не оценивала долгосрочные эффекты. Тем не менее, обнаруженные биомаркеры в будущем, после подтверждения на людях, могут стать основой для неинвазивного мониторинга здоровья мышц не только у космонавтов, но и у пациентов с мышечными заболеваниями на Земле.