Badali myszy w kosmosie przez 37 dni. Ich ciała się zmieniły
Dryfowanie w nieważkości lub też mikrograwitacji może wydawać się fajną zabawą - ale do czasu. Nasz układ szkieletowy jest wtedy odciążony i nie musi już nosić przeciętnie kilkudziesięciu kilogramów wagi, dlatego możemy poczuć się lżej. Gdy jednak astronauci przebywają w przestrzeni kosmicznej kilka miesięcy, z ich kośćmi dzieje się coś dziwnego i mogą one nigdy się nie zregenerować. Myszy, które żyły na ISS przez 37 dni, pozwoliły lepiej zrozumieć to dziwne zjawisko.
Dłuższe przebywanie w stanie nieważkości bądź też mikrograwitacji niesie ze sobą wiele konsekwencji zdrowotnych: od utraty krwinek, po osłabienie kości. Przyczyna tego ostatniego pozostawała niejasna. Eksperyment na myszach dostarczył konkretne dowody, a także wyjaśnił możliwe efekty promieniowania kosmicznego na zanik masy kostnej.
Myszy w kosmosie - podobne do ludzkich astronautów?
NASA obliczyła, że z każdym miesiącem w przestrzeni kosmicznej gęstość kości utrzymujących ciężar ciała spada przynajmniej o 1 proc.. Jakby tego było mało, dochodzi jeszcze do utraty ok. 20 proc. masy mięśniowej w mniej niż 2 tygodnie. Zrozumienie tych groźnych zjawisk jest konieczne, by zapewnić zdrowsze warunki podróży kosmicznych, zwłaszcza tych na dalsze odległości od Ziemi.
Nowe światło na te problemy rzuciło badanie na samicach myszy, które spędziły 37 dni na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Naukowcy NASA porównali stan ich kości grupą kontrolną myszy przebywających na Ziemi oraz w symulatorze - ISS Environmental Simulator (ISSES).
U myszy w kosmosie zaobserwowano duże dziury w kościach udowych, szczególnie tam, gdzie łączą się ze stawem biodrowym i kolanowym. Ich odcinek lędźwiowy kręgosłupa pozostawał jednak zadziwiająco nietknięty. Jak łatwo zauważyć, ta przyspieszona osteoporoza dotknęła obszary, które normalnie obciążone są masą ciała, nie zaś te, które wiążą się z pracą mięśni. Badanie sugeruje, że to z powodu mikrograwitacji. Nie znaleziono dowodów na niszczące działanie promieniowania kosmicznego na kości w tak krótkim okresie.
Nieużywany mięsień zanika. Kość tak samo
Ludzie jako istoty dwunożne zbudowani są inaczej niż myszy. Nasz odcinek lędźwiowy kręgosłupa podtrzymuje głównie wagę górnej części ciała. U czworonogów ta struktura nie ma aż takiego znaczenia dla utrzymywania ciała. Sugeruje to, że kości ssaków, które dźwigają ciężar na Ziemi, są tymi najbardziej narażonymi na szkodliwe warunki mikrograwitacji.
Podobnie jak to, że nieużywany mięsień zanika (atrofia mięśni), a nieużywane połączenia/ścieżki neuronów w mózgu także zanikają (neuroplastyczność), to samo dzieje się z kośćmi. Jeżeli "kości nośne" nie podlegają tym samym obciążeniom, co zwykle, dochodzi do obniżenia ich gęstości. U myszy przebywających na Ziemi, w klatkach z ograniczoną swobodą ruchu, także dochodziło do zaniku kości, ale w o wiele mniejszym stopniu niż u myszy w warunkach mikrograwitacji.
Aby uzyskać lepsze porównanie, grupa kontrolna myszy na Ziemi również została wystawiona na symulację lotu, który powoduje stres. "Gdyby promieniowanie kosmiczne na niskiej orbicie okołoziemskiej lub inne czynniki systemowe były głównymi czynnikami powodującymi utratę kości podczas lotu kosmicznego, spodziewalibyśmy się systemowych zmian w układzie szkieletowym" - wyjaśniają badacze.
Mikrograwitacja dziesięć razy gorsza niż osteoporoza
Gdyby utrata masy kostnej wynikała z promieniowania jonizującego, badacze spodziewaliby się raczej zobaczyć utratę zewnętrznych części kości i odsłonięcie wewnętrznej jamy szpikowej. Tak się jednak nie stało. U myszy zanik masy kostnej następował od środka. Na zdjęciach widać, że szyjka kości udowej pozostaje prawie nietknięta, za to widoczna jest utrata gąbczastego szpiku kostnego po 37 dniach w warunkach mikrograwitacji.
Myszy przebywające na ISS zostały wystawione na niewielką dawkę promieniowania. W badaniach z symulacją przebywania gryzoni przez 13 lat na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej dawka promieniowania była o wiele większa i wpłynęła już na utratę kości.
Astronauci przebywający na niskiej orbicie okołoziemskiej przez niecałe pół roku doświadczają utraty masy kostnej porównywalnej z dekadami przebywania na Ziemi. Każdego miesiąca ich gęstość kości obniża się o 1 proc., co jest ponad 10 razy bardziej dotkliwe niż osteoporoza w normalnych warunkach grawitacji ziemskiej. Zwiększa to ryzyko złamań długich kości, takich jak kość udowa. Mogą się one już nigdy nie zregenerować.
Średni wiek astronauty to 34 lata. Myszy wybrane do eksperymentu były porównywalnie młodsze, w końcowych etapach dojrzewania szkieletu. W warunkach mikrograwitacji ich kości udowe powinny były jeszcze trochę rosnąć, ale wykazywały oznaki przedwczesnego kostnienia, zamieniającego chrząstkę w kość wcześniej niż zwykle. Mikrograwitacja może więc ograniczyć rozwój kości u młodych osobników.
NASA chce lepiej zadbać o zdrowie astronautów
Te alarmujące wyniki pochodzą z najdłuższego jak dotąd badania gryzoni przeprowadzonego przez NASA w kosmosie. Agencja mówi, że jest to pierwszy z wielu eksperymentów, które pozwolą ustalić, jak można chronić zdrowie astronautów podczas podróży kosmicznych.
Jeśli hipoteza o utracie gęstości kości zostanie potwierdzona (czyli nie zostanie obalona), będzie to wskazywało, że sama dieta nie pomoże chronić kości astronautów. Bieżnie z uprzężą, która przyciąga ćwiczącego do podłoża lub też urządzenia naśladujące podnoszenie ciężarów mogą okazać się znacznie bardziej przydatne.
Źródło: R. Cahill, E. A. Blaber, C. M. Juran i in., 37-Day microgravity exposure in 16-Week female C57BL/6J mice is associated with bone loss specific to weight-bearing skeletal sites, PLOS One (2025).
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 87 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
