Одной из проблем людей в невесомости остается быстрая деградация тканей, без которых активная деятельность или даже простая ходьба затруднена, — например, хрящей в колене и бедре. Ученые нашли способ, как серьезно улучшить ситуацию с минимальными затратами времени.
В ближайшие годы люди вернутся на Луну, а в течение дюжины лет попробуют высадиться на Марс. Если с первой все понятно и, судя по опыту 1960-х, вполне реализуемо, то со вторым сложнее. Ряд научных работ показали, что у астронавтов на МКС довольно быстро деградирует хрящ, покрывающий части костей в коленях. В земных условиях длительное истончение таких хрящей заканчивается остеоартритом и часто полной невозможностью самостоятельно передвигаться из-за острой боли.
Конечно, на МКС истончение хрящей происходит при нулевой силе тяжести, а на Марсе она равна 0,38 от земной. Тем не менее опасения остаются. Что, если после трехмесячного полета к Красной планете (именно такую траекторию планирует компания SpaceX) астронавту будет трудно передвигаться из-за уменьшившейся толщины хрящевой ткани в колене?
Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) провели девятинедельный эксперимент над лабораторными мышами, чтобы предупредить такие ситуации. Результаты работы они описали в журнале npj Microgravity.
Ученые распределили мышей на три группы: одной ограничили возможность передвигаться — подвесили заднюю часть тела так, чтобы животное не могло опираться задними лапами на пол. Другую поместили в специальный аппарат (на фото), где мыши должны были совершать прыжки очень плавно возрастающей сложности. Третья группа была контрольной.
Чтобы мотивировать грызунов, исследователи приучили их прыгать на моргание зеленого светодиода. Для этого после его моргания на пол в «прыжковом аппарате» подавали ток — сперва слабый, потом до 175 вольт. Животные практически сразу поняли, что надо прыгать вверх (на платформу с другим полом, куда не подается ток) после сигнала светодиода и еще до подачи тока.
Авторы работы тренировали мышей по популярной схеме прогрессивной нарастающей перегрузки
Источник изображения: Marco Chiaberge, Johns Hopkins University
Девять недель эксперимента эквивалентны примерно пяти годам жизни у людей. К концу этого времени у подвешенной группы толщина суставных хрящей в ногах уменьшилась на 14% относительно контрольной группы. У группы прыгунов — напротив, выросла на 26%.
Кроме того, хотя это не было целью эксперимента, прыгающая группа серьезно укрепила свои кости: большеберцовые показали насыщенность минералами на 15% выше, чем у контрольной группы. Губчатая костная ткань на концах костей лап стала существенно толще и прочнее, чем у контрольной группы. Именно она амортизирует ударную нагрузку при прыжках и беге.
Обращает на себя внимание очень небольшой тренировочный объем в этой работе. Мыши прыгали сперва 10 раз за тренировку (на 15 сантиметров), причем лишь трижды в неделю. К концу эксперимента — по 15 раз (на 20 сантиметров), но все равно лишь три раза в неделю. У человека в космосе (и не только) на тренировки обычно уходит намного больше времени. Скажем, космонавты на МКС проводят на тренажере не менее двух часов в день, иначе у них будет быстро снижаться мышечная и костная масса. Тогда по возвращении на Землю они будут, как космонавты миссии «Союз-9», которые после 18 суток полета в тесном корабле (где нет места для тренажеров) не смогли сами дойти до автобуса.
Среднесуточный расход времени на упражнения у грызунов измерялся считаными минутами. Это очень небольшое время для тренировки, но оказалось, что оно имеет сильнейшее воздействие на укрепление хрящей и костей
Источник изображения: Marco Chiaberge et al.
Из своего эксперимента ученые сделали вывод, что нужно адаптировать прыжковые тренировки для астронавтов. Причем начинать такую программу стоит за месяцы до космических полетов. Следует создать и компактный прыжковый аппарат для космоса, чтобы люди тренировались в полете. Не исключено, что такой аппарат снизит общее время, требующееся астронавтам для тренировки сегодня. Это будет особенно ценно на Луне и Марсе, где время людей будет крайне плотно занято. Сходные тренировки, хотя измененного формата, могут быть полезны и для больных остеоартритом (в начальной фазе) на Земле, полагают авторы нового исследования.
