Ett av hinder för långa rymduppdrag är den muskelförlust som astronauter lider av. Det kallas atrofi, och NASA säger att astronauter kan förlora upp till 20% muskelmassa under uppdrag på bara 5 till 11 dagar. Denna muskelförlust påverkar vad som kallas ”muskler mot gravitation”, inklusive kalvmuskler, quadriceps och rygg- och nackmusklerna.
Denna muskelförlust gör det svårt för astronauter att slutföra sina uppgifter, särskilt när uppdrag till Mars inträffar. Det kan också vara mycket farligt för astronauter, eftersom de är försvagade när de återvänder till jorden. Om det finns problem under återinträde, och de måste utföra några ansträngande akutförfaranden, kan den saknade muskelen vara skillnaden mellan liv och död.
Muskelförlust beror på att arbeta i en mikrogravitationsmiljö. I den miljön är inte en astronauts muskel mot tyngdkraft aktiv under normal aktivitet. Astronauter tränar upp till 2,5 timmar om dagen på den internationella rymdstationen för att bekämpa muskelatrofi, genom att rida på en stationär cykel, gå eller jogga på ett löpband och genom att använda en RÖD (Resistance Exercise Device.)
NASA finansierade nyligen en 70 dagars studie om muskelförlust för att undersöka hur muskelförlust kan minimeras för astronauter. Studien publiceras i PLOS One, med en titel för lång för att återges här. I stället för att använda faktiska astronauter som testpersoner, vilket skulle vara omöjligt att göra, använde studien försökspersoner som genomgick 70 dagar HDBR (Head Down Bed Rest.) HDBR anses vara en bra fullmakt för vad astronauter genomgår i mikrogravitationsmiljöer.
Studien gjordes av University of Texas Medical Branch (UTMB) av en stor grupp forskare. Alla testpersoner var manliga frivilliga i åldern 35, plus eller minus 8 år. Det fanns en kontrollgrupp som stannade i HDBR i 70 dagar utan träning eller tillskott, en annan grupp som fick placebo och träning och en annan grupp som fick testosteroninjektioner och träning. Totalt deltog 24 testpersoner.
Under studien tog forskare biopsier av en muskel som kallas Vastus lateralis. Det är den största delen av quadricep-muskeln i låret. Dessa vävnadsprover analyserades med avseende på proteiner.
Vad hittade de?
Forskarna upptäckte flera förändringar av muskelproteiner i Vastus lateralis som vändes, eller åtminstone trubbade, genom träning. Dessa övningar resulterade i en friskare proteinorganisation inom muskelfibrerna. Testosteronbehandlingen drev ytterligare proteinförändringar som främjade muskeltillväxt som översteg den för träning ensam.
Det låter förmodligen inte för överraskande, eftersom de flesta av oss vet vad testosteron gör. Men det finns mer i studien. Teamet identifierade biomarkörer i sina testpersoner som potentiellt kan förutsäga muskelförlust. Det finns också prediktiva biomarkörer som indikerar ett starkt svar på träning och behandling för att motverka muskelförlust.
"... utvecklingen av exakta prediktiva modeller kommer sannolikt att involvera algoritmer som innehåller paneler av flera proteiner och faktorer."
Från studien "Proteomisk undersökning av mänsklig skelettmuskulatur före och efter 70 dagars vila med nedsänkning med eller utan träning och testosteron motåtgärder"
Som de säger i sin studie, "Upptäckt av känsliga proteomiska biomarkörer kan i framtiden möjliggöra anpassade medicinska tillvägagångssätt genom att hjälpa till att utveckla mer riktade motåtgärder baserade på baslinjeproteomprofiler." Så ju bättre de känner astronauten, desto bättre kan de förutsäga och förhindra muskelförlust.
"De unika insikterna vi har fått på muskelproteiner under utökad säng vila kan en dag tillämpas för att förutsäga förändringar i muskelmassa / styrka i olika situationer och sedan utveckla ett personligt program med övningar och hormonella motåtgärder," sa äldre författare E. Lichar Dillon , UTMB biträdande professor vid institutionen för internmedicin.
"Studien har gett oss förmågan att identifiera biomarkörer som förutsäger hur mottaglig varje individ är för muskelfunktionsnedgång och hur effektivt olika tränings- och hormonbehandlingar kan bekämpa atrofien," säger seniorförfattaren Randall Urban, UTMB: s forskningschef och professor i avdelningen för internmedicin.
Som författarna av studien erkänner är detta en ganska enkel inställning till problemet, men ett viktigt första steg. Även om de har identifierat några proteiner som fungerar som biomarkörer för muskelatrofi och behandling, finns det troligtvis ett stort antal proteiner som arbetar tillsammans.
"Som förväntat var inget individuellt protein som vi identifierade helt förutsägbart för varje mätare eller fysiologisk funktion, och utvecklingen av exakta prediktiva modeller kommer sannolikt att involvera algoritmer som innehåller paneler med flera proteiner och faktorer," säger studien.
Vidare till Mars
Vi kommer utan tvekan att åka till Mars. Många av rubrikerna kring denna ansträngning fokuserar på tekniken för att få jobbet gjort. Kraftfulla raketer som Space Launch System och rymdfarkoster som Orion utvecklas för att få astronauter till Mars och sedan hem igen.
Men astronauterna själva är de som måste göra arbetet. NASA ägnar mycket resurser för att förstå hur de kan uthärda de långa uppdragen. Denna studie, och mer att följa, kommer att vara en viktig del av framgångsrika Mars-uppdrag.
Mer:
- Pressmeddelande: UTMB-forskare lärde sig bättre att bekämpa muskelförlust under rymdflyg
- Forskningsdokument: Proteomisk undersökning av mänskliga skelettmuskler före och efter 70 dagars viloläge med eller utan träning och testosteron motåtgärder
- NASA: Muskelatrofi-faktablad
- NASA: Din kropp i rymden: Använd den eller förlora den
- Kanadensiska rymdbyrån: Vad händer med muskler i rymden?
- Sidney Morning Herald: Astronaut Scott Kelly på de förödande effekterna av ett år i rymden
- Space Magazine: Hur stark är tyngdkraften på Mars?
