Vědci zjistili přesnou hranici gravitace, při které svaly přestávají fungovat správně, i když jejich velikost zůstává téměř nezměněná. Výsledky tohoto výzkumu mohou rozhodnout, zda člověk skutečně zvládne dlouhodobé mise na Marsu a mimo Zemi.
Na Zemi tvoje svaly neustále pracují proti gravitaci: zvedáš tělo, chodíš, stojíš, udržuješ postoj. V kosmu tento neustálý odpor zmizí. Astronauti pak zažívají fenomén nazývaný odlehčení a svaly – zvlášť nohou a trupu – přestávají dostávat normální podnět k práci.
NASA a japonská kosmická agentura JAXA se rozhodly to ověřit velmi konkrétním způsobem. Místo spoléhání se pouze na pozorování lidí poslaly na Mezinárodní vesmírnou stanici 24 myší a umístily je do podmínek lišících se úrovní gravitace. Cílem bylo jediné: najít hranici, pod kterou svaly začínají prohrávat s kosmickým odlehčením.
Výzkum ukázal jasný práh, při kterém síla svalů začíná klesat, i když jejich velikost se téměř nemění. Experti z NASA varují, že tento objev má zásadní důsledky pro plánované mise na Mars a budoucí kosmické základny.
Proč jsou svaly v kosmu tak velkým problémem
Klíčovým prvkem práce bylo porovnání svalů myší pobývajících v různých podmínkách. Vědci nastavili čtyři úrovně gravitačního zrychlení na palubě ISS.
Při mikrogravitaci měly myši podmínky blízké stavu beztíže. Při 0,33 g zažívaly asi jednu třetinu pozemské gravitace. Úroveň 0,67 g představovala něco málo přes dvě třetiny toho, co pociťujeme na Zemi. Kontrolní skupina při 1 g měla podmínky odpovídající normální pozemské gravitaci.
Každá myš pobývala v kontrolovaném prostředí, kde bylo možné sledovat chování, hmotnost těla a především kondici svalů. Klíčový byl musculus soleus v lýtku – u savců je mimořádně citlivý na změny gravitace, protože pomáhá udržovat postoj a chůzi. Tento sval vědci považují za jakýsi detektor gravitace, který rychle reaguje, když organismus přestane bojovat s váhou vlastního těla.
Co se stalo se svaly myší na oběžné dráze
Výsledky byly neočekávané. Když gravitace klesla pod 0,67 g, svaly myší začaly ztrácet sílu. Nešlo o dramatické zmenšení jejich objemu, ale o zhoršení funkce.
Při 0,33 g se svalová hmota musculus soleus neměnila výrazně, zato se zhoršoval úchop a celková výkonnost. Zvířata hůře využívala své svaly, jako by jejich motor běžel na nižších otáčkách přes podobnou velikost. Genetici zapojení do analýzy výsledků zaznamenali změny v expresi genů odpovědných za svalovou kontrakci.
Při 0,67 g situace vypadala jinak. Myši dokázaly udržet sílu úchopu na úrovni blízké té, kterou měly při plné gravitaci na Zemi. Vypadá to, že někde mezi jednou třetinou a dvěma třetinami pozemské gravitace leží hranice, pod kterou organismus začíná svalům odpouštět. Výzkumníci z University of Tsukuba potvrdili, že tento práh je reprodukovatelný a statisticky významný.
Co to znamená pro člověka na Marsu
Výzkum se týkal myší, ale otázka byla od začátku velmi lidská: zvládne astronaut na Marsu nebo v základně na Měsíci normálně fungovat? Odborníci na kosmickou medicínu zdůrazňují, že zvířata a lidé nereagují identicky, vzorce změn jsou však často podobné.
Lékaři a fyzioterapeuti ze studijního týmu upozorňují na několik klíčových zjištění:
- existuje práh gravitace, při kterém svaly stále udržují výkonnost
- pokles síly se může objevit rychleji než zřetelná ztráta svalové hmoty
- samotná cvičení nemusí stačit, pokud je gravitace příliš nízká
- metabolické změny předcházejí viditelným strukturálním změnám
- regenerace po návratu na Zemi může trvat měsíce
- individuální odpověď organismu se může lišit
Nejpraktičtější důsledky výzkumu se týkají Marsu. Gravitace na této planetě činí přibližně 38 procent pozemské hodnoty, tedy zhruba 0,38 g. To je výrazně pod úrovní 0,67 g, která v experimentu umožňovala svalům myší zachovat výkonnost blízkou pozemské. Pro plánované mise s posádkou to znamená značnou výzvu.
Astronauti na Marsu budou měsíce žít v prostředí příliš slabém na to, aby přirozeně udrželi svaly v kondici. Musíme tedy předpokládat, že bez speciálních opatření začne svalová síla klesat a návrat na Zemi po několika měsících se může ukázat brutálním střetem s plnou gravitací. Samotné podmínky na Marsu pravděpodobně nebudou stačit k zachování svalové výkonnosti potřebné po návratu na Zemi.
Jak lze zachránit svaly v kosmu
Inženýři a lékaři už roky testují různé způsoby boje proti úbytku svalů. Na ISS astronauti cvičí až dvě hodiny denně s využitím speciálních běžeckých pásů, rotopedů a zařízení s odporem, které simulují zvedání závaží. Ruská kosmická agentura Roskosmos a Evropská kosmická agentura ESA rovněž vyvíjejí vlastní tréninkové protokoly.
Po nových výsledcích je na stole několik scénářů. Agresivnější tréninky znamenají častější a intenzivnější silová cvičení v podmínkách slabé gravitace. Umělá gravitace využívá rotující moduly lodí nebo habitatů, které díky odstředivé síle napodobují váhu těla.
Léky a biologické intervence zahrnují látky ovlivňující metabolismus svalů a kostí, aby zpomalily jejich degradaci. Institute of Biomedical Problems v Moskvě testuje například myostatinové inhibitory. Kombinace metod může zahrnovat krátké seance v umělé gravitaci spojené s tréninkem a vhodnou dietou bohatou na bílkoviny a vápník.
Není to jen o svalech – kosti a orgány také reagují
Vědci už avizují, že další etapy výzkumu zahrnou kosti, srdce, cévy i vnitřní orgány. Nízká gravitace urychluje ztrátu minerální hustoty kostí, mění krevní oběh, zatěžuje oči a mozek. Kardiovaskulární systém astronautů vykazuje změny už po týdnech na oběžné dráze.
U myší na orbitě pozorovali také změny v metabolismu, tedy v tom, jak organismus zpracovává energii a živiny. To je důležité varování: i když sval vypadá zachovaný, jeho biochemie už může signalizovat potíže. Výzkumníci z Johns Hopkins University zjistili narušení mitochondriální funkce ve svalových vláknech.
Úplný obraz vlivu kosmického odlehčení na organismus vyžaduje současné sledování svalů, kostí, orgánů a metabolických procesů. Spektrometrická analýza krevních vzorků astronautů odhaluje změny v hladinách kortizolu, inzulinu a hormonů štítné žlázy.
Co tyto výsledky znamenají pro běžného člověka
Pro většinu z nás Mars stále zní jako science fiction, ale závěry takových studií zasahují i velmi přízemní témata. Úbytek svalů postihuje osoby upoutané na lůžko, seniory nebo pacienty po dlouhých pobytech v nemocnici. Nedostatek zatížení, i když nemá nic společného s kosmickým letem, působí na svaly podobně: tělo ztrácí motivaci udržovat nákladnou tkáň.
Praktická lekce je prostá: svaly potřebují pravidelný signál, že jsou potřeba. Může to být obyčejné chození po schodech, procházka s batohem nebo cvičení s váhou vlastního těla. Dokonce i v pozemských podmínkách několik týdnů pohovkové mikrogravitace dokáže vyvolat znatelné oslabení.
Pro budoucí obyvatele orbitálních stanic a základen mimo Zemi se tento závěr stává podmínkou přežití. Při navrhování života v kosmu je třeba do něj zabudovat pohyb, zatížení a námahu, místo spoléhání na to, že si organismus poradí sám. Možná by nás mělo zajímat, jak moc se naše každodenní aktivita liší od těch podmínek, které tělo skutečně potřebuje k udržení síly?
