En af hindringerne for lange rumopgaver er det muskeltab, som astronauter lider af. Det kaldes atrofi, og NASA siger, at astronauter kan miste op til 20% muskelmasse under missioner på kun 5 til 11 dage. Dette muskeltab påvirker, hvad der kaldes ”muskel mod tyngdekraften”, inklusive lægemuskler, quadriceps og musklerne i ryggen og nakken.
Dette muskeltab gør det svært for astronauter at udføre deres opgaver, især når missioner til Mars sker. Det kan også være meget farligt for astronauter, fordi de er svækket, når de vender tilbage til Jorden. Hvis der er problemer under genindrejse, og de er nødt til at udføre anstrengende nødprocedurer, kan den manglende muskel være forskellen mellem liv og død.
Muskeltab stammer fra at arbejde i et miljø med tyngdekraften. I dette miljø er en astronaut's antistyngdemuskler ikke aktive under normal aktivitet. Astronauter træner op til 2,5 timer om dagen på den internationale rumstation for at bekæmpe muskelatrofi, ved at køre på en stationær cykel, gå eller jogge på et løbebånd og ved at bruge en RØD (Resistance Exercise Device.)
NASA finansierede for nylig en 70 dages undersøgelse af muskeltab for at undersøge, hvordan muskeltab kunne minimeres for astronauter. Undersøgelsen er offentliggjort i PLOS One, med en titel, der er for længe til at gengive her. I stedet for at bruge faktiske astronauter som forsøgspersoner, hvilket ville være umuligt at gøre, anvendte undersøgelsen forsøgspersoner, der gennemgik 70 dages HDBR (Head Down Bed Rest.) HDBR betragtes som en god fuldmagt til, hvad astronauter gennemgår i mikrogravitationsmiljøer.
Undersøgelsen blev udført af University of Texas Medical Branch (UTMB) af en stor gruppe forskere. Alle forsøgspersoner var mandlige frivillige i alderen 35 år plus eller minus 8 år. Der var en kontrolgruppe, der opholdt sig i HDBR i 70 dage uden træning eller kosttilskud, en anden gruppe, der modtog placebo og træning, og en anden gruppe, der modtog testosteroninjektioner og træning. I alt 24 forsøgspersoner deltog.
Under undersøgelsen tog forskere biopsier af en muskel kaldet Vastus lateralis. Det er den største del af quadricep-musklerne i låret. Disse vævsprøver blev analyseret for proteiner.
Hvad fandt de?
Forskerne opdagede adskillige ændringer i muskelproteiner i Vastus lateralis, der blev vendt eller i det mindste afbløffet ved hjælp af træning. Disse øvelser resulterede i en sundere proteinorganisation i muskelfibrene. Testosteronbehandlingen drev yderligere proteinændringer, der fremmede muskelvækst, der oversteg den, der kun var i træning.
Det lyder sandsynligvis ikke for overraskende, da de fleste af os ved, hvad testosteron gør. Men der er mere ved undersøgelsen. Holdet identificerede biomarkører i deres testpersoner, der potentielt kan forudsige muskeltab. Der er også forudsigelige biomarkører, der indikerer en robust reaktion på træning og behandling for at modvirke muskeltab.
"... udviklingen af nøjagtige forudsigelige modeller vil sandsynligvis involvere algoritmer, der inkluderer paneler af flere proteiner og faktorer."
Fra undersøgelsen "Proteom undersøgelse af menneskelig knoglemuskulatur før og efter 70 dages hvile i hovedet ned med eller uden træning og testosteron modforanstaltninger"
Som de siger i deres undersøgelse, "Opdagelse af følsomme proteomiske biomarkører kan i fremtiden muliggøre personaliserede medicinske tilgange ved at hjælpe med i udviklingen af mere målrettede modforanstaltninger baseret på proteome-profiler i baseline." Så jo bedre de kender astronauten, jo bedre kan de forudsige og forhindre tab af muskler.
”Den unikke indsigt, vi har fået på muskelproteiner under udvidet sengeleje, kunne en dag anvendes til at forudsige ændringer i muskelmasse / styrke i forskellige situationer og derefter udvikle et personaliseret program med øvelser og hormonelle modforanstaltninger,” sagde seniorforfatter E. Lichar Dillon , UTMB adjunkt i afdelingen for intern medicin.
"Undersøgelsen har givet os evnen til at identificere biomarkører, der forudsiger, hvor modtageligt hver enkelt person er for muskelfunktionsnedgang, og hvor effektivt forskellige øvelser og hormonbehandlinger kan bekæmpe atrofien," sagde seniorforfatter Randall Urban, UTMB-chefforskningschef og professor i afdeling for intern medicin.
Som forfatterne af undersøgelsen erkender, er dette en temmelig enkel tilgang til problemet, men et vigtigt første skridt. Selvom de har identificeret nogle proteiner, der fungerer som biomarkører til muskelatrofi og behandling, er der sandsynligvis et stort antal proteiner, der arbejder sammen.
"Som forventet var intet individuelt protein, vi identificerede, fuldt ud forudsigeligt for hvert målte individ eller fysiologisk funktion, og udviklingen af nøjagtige forudsigelsesmodeller vil sandsynligvis involvere algoritmer, der inkluderer paneler med flere proteiner og faktorer," siger undersøgelsen.
Videre til Mars
Vi rejser uden tvivl til Mars. Mange af overskrifterne omkring denne indsats fokuserer på teknologien for at få jobbet gjort. Kraftige raketter som Space Launch System og rumfartøjer som Orion udvikles for at få astronauter til Mars og derefter hjem igen.
Men astronauterne selv er dem, der skal gøre arbejdet. NASA bruger mange ressourcer for at forstå, hvordan de kan udholde de lange missioner. Denne undersøgelse, og mere at følge den, vil være en vigtig del af succesrige Mars-missioner.
Mere:
- Pressemeddelelse: UTMB-forskere lærte, hvordan man bedre kan bekæmpe muskeltab under rumflyvninger
- Forskningsartikel: Proteomisk undersøgelse af menneskelig skeletmuskel før og efter 70 dages hvile med nedsænkning med eller uden træning og testosteron modforanstaltninger
- NASA: Muskelatrofi-faktablad
- NASA: Din krop i rummet: Brug den eller tab den
- Canadian Space Agency: Hvad sker der med muskler i rummet?
- Sidney Morning Herald: Astronaut Scott Kelly på de ødelæggende virkninger af et år i rummet
- Space Magazine: Hvor stærk er tyngdekraften på Mars?
