Может показаться, что в условиях микрогравитации скелет человека, несущий на себе всю тяжесть тела, отдыхает. Но когда астронавты проводят месяцы в космосе, плотность их костей серьезно страдает, и они, возможно, никогда полностью не восстановятся.

Чтобы разобраться в причинах этого серьезного и пока нерешенного риска для здоровья, ученые НАСА провели исследование на мышах, находящихся на борту Международной космической станции.

Как оказалось, потеря костной ткани не связана с космической радиацией, недостатком солнечного света или другими системными факторами. После 37 дней пребывания на орбите у мышей были обнаружены повреждения в некоторых частях скелета, причем в разной степени.

По сравнению с мышами «наземного контроля», которые не были выведены за пределы нашей планеты, бедренные кости задних конечностей мышей в космосе были испещрены большими отверстиями, особенно на концах, где они соединяются с тазобедренным и коленным суставами. Напротив, поясничная часть позвоночника мышей осталась на удивление неповрежденной.

«Особое внимание в нашем исследовании уделяется бедренной кости, поскольку она выполняет основную функцию опоры у мышей», — поясняют исследователи из НАСА и Научного института космических исследований Blue Marble.

У двуногих людей поясничный отдел позвоночника несет большую часть веса верхней части тела, но у четвероногих грызунов горизонтальная структура не выполняет той же несущей функции. Это говорит о том, что кости млекопитающих, несущие нагрузку на Земле, больше всего подвержены влиянию микрогравитации на орбите.

Возможно, это похоже на концепцию «используй или потеряешь» в неврологии. Если кости, несущие вес, не получают привычной «нагрузки», они могут начать разрушаться.

Когда мышей на Земле содержали в клетках, ограничивающих движение, у них наблюдалась потеря плотности в несущих вес костях, но в меньшей степени, чем у мышей в условиях микрогравитации. Чтобы учесть стресс, связанный с запуском ракеты, наземные мыши также подвергались имитации полета.

«Если бы космическая радиация на низкой околоземной орбите или другие системные факторы были основными причинами потери костной массы во время космического полета, мы могли бы ожидать системных изменений в костной системе», — объясняют исследователи.

Если бы потеря была вызвана, например, ионизирующим излучением, исследователи ожидали бы увидеть плотные внешние части кости, которые как бы экранируют внутреннюю полость костного мозга. Но, похоже, это не так. У мышей ухудшение происходит изнутри наружу.

Например, шейка бедренной кости имеет значительный внешний слой костной ткани, но при воздействии микрогравитации в течение 37 дней в ней наблюдается значительная потеря внутреннего губчатого костного мозга.

Авторы исследования во главе с биоинженером Рукмани Кэхилл утверждают, что после столь длительного пребывания на низкой околоземной орбите мыши на борту МКС подвергались лишь небольшой ежедневной дозе радиации. В экспериментах, где радиация вызывала потерю костной массы, доза была значительно выше и соответствовала примерно 13 годам пребывания на МКС.

Тем не менее, астронавты могут столкнуться с потерей костной ткани менее чем за полгода на низкой орбите, и эта потеря может иметь долгосрочные последствия и никогда не восстановиться полностью. В среднем каждый месяц во время космического полета люди теряют 1% или более плотности костной ткани, что примерно в 10 раз быстрее, чем скорость развития остеопороза на Земле. Это снижение существенно увеличивает риск переломов длинных костей, таких как бедренная.

В отличие от людей-астронавтов, мыши, участвовавшие в текущем исследовании, были молодыми и находились на поздних стадиях созревания скелета. В условиях микрогравитации их бедренные кости, которые должны были продолжать расти некоторое время, показали признаки преждевременного окостенения, превратив хрящ в кость раньше обычного. Это могло бы ограничить рост костей, затормозив развитие.

Эти тревожные результаты получены в ходе самого продолжительного на сегодняшний день исследования NASA с участием грызунов в ходе космического полета. Космическое агентство утверждает, что это первый из многих экспериментов, в ходе которых будет изучено, как защитить здоровье астронавтов во время космических путешествий.

Если гипотеза НАСА о плотности костей подтвердится, это будет означать, что тактика, например, диетического питания не может улучшить здоровье костей астронавта. Вероятно, более эффективными могут оказаться беговые дорожки с ремнями безопасности, которые удерживают пользователя на земле, или устройства, имитирующие поднятие тяжестей в космосе.

Ранее астронавты Сунита Уильямс и Бутч Уилмор, которые провели на МКС девять месяцев, рассказали, что они должны ежедневно заниматься спортом по два часа в день, согласно брошюре НАСА, поскольку условия невесомости могут со временем привести к «ухудшению состояния костей и мышц». Уильямс поделилась своей утренней рутиной, находясь в космосе.