Redukovana gravitacija: Pragovi za atrofiju mišića i promene mišićnih vlakana

Dobro je poznato da boravak u svemiru uzrokuje atrofiju mišića i druge biološke promene u uslovima redukovane gravitacije, a posebno u okruženjima blizu nulte gravitacije (mikrogravitacija). Međutim, prag gravitacije potreban za očuvanje dovoljnog zdravlja mišića u svemiru još je nejasan.

Da bi bolje razumeli nivoe gravitacije koji mogu da umanje promene u mišićima izazvane svemirskim putovanjem, naučnici su na miševima izveli studiju o efektima redukovane gravitacije.

Preporučujemo

Studija je merila promene u funkciji mišića i druge biomarkere kod miševa izloženih mikrogravitaciji, jednoj trećini Zemljine gravitacije, dvema trećinama Zemljine gravitacije i simuliranoj Zemljinoj gravitaciji na Međunarodnoj svemirskoj stanici (MSS), i uporedila ih sa kontrolnom grupom na Zemlji.

Ljudi su evoluirali pod Zemljinom gravitacijom, pri čemu se svaki njihov potez suprotstavlja sili koju Zemljina gravitacija vrši na naše mišiće. Bez ove gravitacione sile koja deluje na naša tela, mišići počinju da atrofiraju. To je posledica mnoštva promena, uključujući promene u tipovima mišićnih vlakana, metaboličke promene i čak ekspresiju gena.

Pošto se NASA nada da će u bliskoj budućnosti poslati ljude do Marsa, razumevanje ovih promena i kako ih potencijalno ublažiti ima ključni značaj. Iako su anatomije miša i čoveka različite, studije na miševima mogu pomoći u obezbeđivanju osnove za razumevanje bioloških promena u svemiru.

Na MSS su poslata 24 muška miša i izložena različitim nivoima gravitacije tokom 27-28 dana. U roku od nekoliko sati nakon što su miševi vraćeni, istraživači su analizirali njihovu mišićnu masu, snagu hvatanja, histologiju, gensku ekspresiju i metabolomiku plazme.

„Snaga zahvata prednjim udovima, normalizovana u odnosu na telesnu težinu, pokazala je značajan pad nakon svemirskog putovanja kod grupa izloženih mikrogravitaciji i jednoj trećini Zemljine gravitacije u poređenju sa nivoima pre putovanja. Nasuprot tome, kod ostalih grupa nisu primećene značajne promene, što sugeriše da veće gravitaciono opterećenje tokom svemirskog putovanja pomaže u sprečavanju funkcionalnog opadanja snage prednjih udova“, kažu autori studije.

Međutim, značajne promene nisu bile prisutne u zadnjim udovima. Mišić lista, za koji se zna da je veoma osetljiv na gravitacione promene, značajno je atrofirao kod miševa izloženih mikrogravitaciji i jednoj trećini Zemljine gravitacije. Ipak, grupa izložena dvema trećinama Zemljine gravitacije nije se značajno razlikovala od grupe izložene punoj gravitaciji i kontrolne grupe, što govori da su dve trećine gravitacije bile dovoljne za zaštitu od propadanja.

Postojali su neki zaštitni efekti jednotrećinske gravitacije tokom boravka u svemiru. Prosečna poprečna površina (CSA) mišićnih vlakana mišića lista bila je značajno smanjena u mikrogravitacionoj grupi, ali samo neznatno smanjena kod miševa izloženim jednotrećinskoj i dvotrećinskoj gravitaciji. To sugeriše da je jedna trećina Zemljine gravitacije barem delimično dovoljna za ublažavanje atrofije mišića.

Biomarkeri zavisni od gravitacije

Identifikovano je i 11 potencijalnih biomarkera za utvrđivanje mišićnih promena zavisnih od gravitacije. Koristeći metabolomično profilisanje plazme, naučnici su pronašli 11 metabolita sa značajnom tendencijom zavisnom od gravitacije. Oni se mogu koristiti za predviđanje atrofije mišića ili funkcionalnog slabljenja pri redukovanoj gravitaciji ili mikrogravitaciji u budućim misijama.

„Nivoi kreatina, laktata, glicerola i glutamata bili su povišeni, dok su nivoi nekoliko metabolita povezanih sa aminokiselinama, uključujući glicin i betain, bili sniženi u uslovima niske gravitacije. Povećanje laktata i glicerola ukazivalo je na pojačanu glikolitičku aktivnost i lipolizu. Sveukupno, ovi nalazi prikazuju remodeliranje metabolizma energije i aminokiselina povezano sa gravitacijom, što je u skladu sa osmotrenim efektima gravitacije na skeletne mišiće“, kažu autori.

Takođe su identifikovani geni koji reaguju na gravitaciju putem upoređivanja rezultata RNK sekvenciranja iz mikrogravitacione grupe sa grupom pune gravitacije i kontrolnom grupom. Pronađeno je nekoliko promena između grupa, od kojih neke sugerišu da izloženost mikrogravitaciji i jednotrećinskoj gravitaciji suzbija sintezu proteina i menja metaboličku potražnju između različitih procesa. Druge su ukazivale na aktivaciju putanja mišićne atrofije i na promene u metaboličkim odlikama između različitih tipova mišićnih vlakana.

Međutim, rezultati su svekupno sugerisali zaštitne efekte pri dvotrećinskoj gravitaciji i delimičnu zaštitu pri jednotrećinskoj gravitaciji, što je u skladu sa drugim opservacijama.

Pod pretpostavkom da ljudi imaju slične reakcije na gravitacione efekte, prag zaštitnih efekata na nivou dvotrećinske gravitacije predstavlja lošu vest za misije do Marsa, pošto gravitacija Marsa iznosi malo više od jedne trećine Zemljine gravitacije.

Naravno, možda postoje neki načini da se ovo ograničenje zaobiđe: veštačka gravitacija i vežbanje. Mesec ima još manju gravitaciju, pa bi dugotrajne misije tamo imale još veće biološke efekte.

Ova studija ima ograničenja i istraživači još nisu sigurni koliko dobro bi se ovi rezultati preneli na ljudsku fiziologiju. Druga ograničenja uključuju mali uzorak i samo mlade odrasle mužjake miševa korišćene u studiji. Dugoročni efekti nisu proučavani, pa je takođe nejasno da li bi se efekti pogoršali ili stabilizovali u nekom trenutku.

Ipak, nakon validacionih studija na ljudima, biomarkeri pronađeni u ovoj studiji mogli bi omogućiti neinvazivni monitoring zdravlja mišića astronauta, pa čak i pacijenata sa mišićnim bolestima.

(Telegraf Nauka/Phys.org)