Et av hindringene for lange romoppdrag er muskeltapet som astronauter lider av. Det kalles atrofi, og NASA sier at astronauter kan miste opptil 20% muskelmasse under oppdrag på bare 5 til 11 dager. Dette tapet av muskler påvirker det som kalles “muskel mot tyngdekraft”, inkludert leggmuskler, quadriceps og musklene i ryggen og nakken.
Dette muskeltapet gjør det vanskelig for astronauter å fullføre oppgavene sine, spesielt når oppdrag til Mars skjer. Det kan også være veldig farlig for astronauter, fordi de er svekket når de kommer tilbake til Jorden. Hvis det er problemer under gjeninntreden, og de må utføre anstrengende nødprosedyrer, kan manglende muskler være forskjellen mellom liv og død.
Muskeltap stammer fra å jobbe i et miljø med tyngdekraften. I det miljøet er ikke en astronauts anti-gravity muskler aktive under normal aktivitet. Astronauter trener opptil 2,5 timer om dagen på den internasjonale romstasjonen for å bekjempe muskelatrofi, ved å ri på en stasjonær sykkel, gå eller jogge på en tredemølle, og ved å bruke en RØD (Resistance Exercise Device.)
NASA finansierte nylig en 70 dagers studie om muskeltap for å undersøke hvordan muskeltap kunne minimeres for astronauter. Studien er publisert i PLOS One, med en tittel som er for lang til å reprodusere her. I stedet for å bruke faktiske astronauter som testpersoner, noe som ville være umulig å gjøre, brukte studien forsøkspersoner som gjennomgikk 70 dager HDBR (Head Down Bed Rest.) HDBR anses som en god fullmektig for hva astronauter gjennomgår i mikrogravitasjonsmiljøer.
Studien ble gjort av University of Texas Medical Branch (UTMB) av en stor gruppe forskere. Alle testpersonene var mannlige frivillige i alderen 35 år, pluss eller minus 8 år. Det var en kontrollgruppe som oppholdt seg i HDBR i 70 dager uten trening eller kosttilskudd, en annen gruppe som fikk placebo og trening, og en annen gruppe som fikk testosteroninjeksjoner og trening. Totalt 24 testpersoner deltok.
I løpet av studien tok forskere biopsier av en muskel kalt Vastus lateralis. Det er den største delen av quadricep-muskelen i låret. Disse vevsprøvene ble analysert for proteiner.
Hva fant de?
Forskerne oppdaget flere endringer i muskelproteiner i Vastus lateralis som ble reversert, eller i det minste sløvet, ved trening. Disse øvelsene resulterte i en sunnere proteinorganisasjon i muskelfibrene. Testosteronbehandlingen drev ytterligere proteinendringer som fremmet muskelvekst som oversteg den for trening alene.
Det høres sannsynligvis ikke så overraskende ut, siden de fleste av oss vet hva testosteron gjør. Men det er mer med studien. Teamet identifiserte biomarkører i testpersonene som potensielt kan forutsi muskeltap. Det er også prediktive biomarkører som indikerer en robust respons på trening og behandling for å motvirke tap av muskler.
"... utviklingen av nøyaktige prediktive modeller vil sannsynligvis involvere algoritmer som inkluderer paneler av flere proteiner og faktorer."
Fra studien "Proteomisk undersøkelse av menneskelig skjelettmuskulatur før og etter 70 dager med hodet nede hvile med eller uten trening og testosteron motmål"
Som de sier i studien, "Oppdagelse av sensitive proteomiske biomarkører kan i fremtiden gi rom for personlige medisineringstilnærminger ved å hjelpe til i utviklingen av mer rettede motforanstaltninger basert på proteom-profiler." Så jo bedre de kjenner astronauten, jo bedre kan de forutsi og forhindre tap av muskler.
"Den unike innsikten vi har fått om muskelproteiner under utvidet sengeleie, kan en dag bli brukt for å forutsi endringer i muskelmasse / styrke i forskjellige situasjoner og deretter utvikle et personlig program med øvelser og hormonelle motforhold," sa seniorforfatter E. Lichar Dillon , UTMB adjunkt i avdeling for indremedisin.
"Studien har gitt oss muligheten til å identifisere biomarkører som forutsier hvor mottagelig hver enkelt person er for muskelfunksjonsnedgang og hvor effektivt forskjellige trenings- og hormonbehandlinger kan bekjempe atrofien," sa seniorforfatter Randall Urban, forskningsansvarlig for UTMB og professor i avdeling for indremedisin.
Som forfatterne av studien erkjenner, er dette en ganske enkel tilnærming til problemet, men et viktig første skritt. Selv om de har identifisert noen proteiner som fungerer som biomarkører for muskelatrofi og behandling, er det sannsynligvis et stort antall proteiner som jobber sammen.
"Som forventet var ikke noe individuelt protein vi identifiserte fullstendig prediktivt for hvert individ eller fysiologisk funksjon som ble målt, og utviklingen av nøyaktige prediktive modeller vil sannsynligvis involvere algoritmer som inkluderer paneler med flere proteiner og faktorer," sier studien.
Videre til Mars
Vi kommer til Mars, uten tvil. Mange av overskriftene rundt den innsatsen fokuserer på teknologien for å få jobben gjort. Kraftige raketter som Space Launch System, og romskip som Orion, utvikles for å få astronauter til Mars og deretter hjem igjen.
Men astronautene selv er de som må gjøre arbeidet. NASA bruker mange ressurser på å forstå hvordan de kan tåle de lange oppdragene. Denne studien, og mer å følge den, vil være en sentral del av vellykkede Mars-oppdrag.
Mer:
- Pressemelding: UTMB-forskere lærte hvordan man bedre kan bekjempe muskeltap under romflyvninger
- Forskningsoppgave: Proteomisk undersøkelse av menneskelig skjelettmuskulatur før og etter 70 dager med hodet ned sengen hvile med eller uten trening og testosteron motmål
- NASA: Muskelatrofi-faktaark
- NASA: Kroppen din i verdensrommet: Bruk den eller tap den
- Canadian Space Agency: Hva skjer med muskler i verdensrommet?
- Sidney Morning Herald: Astronaut Scott Kelly på de ødeleggende effektene av et år i verdensrommet
- Space Magazine: Hvor sterk er tyngdekraften på Mars?
