Eines der Hindernisse für lange Weltraummissionen ist der Muskelverlust, unter dem Astronauten leiden. Es wird Atrophie genannt und die NASA sagt, dass Astronauten bei Missionen von nur 5 bis 11 Tagen bis zu 20% Muskelmasse verlieren können. Dieser Muskelverlust betrifft sogenannte „Anti-Schwerkraft-Muskeln“, einschließlich Wadenmuskeln, Quadrizeps und Rücken- und Nackenmuskeln.
Dieser Muskelverlust macht es Astronauten schwer, ihre Aufgaben zu erfüllen, insbesondere wenn Missionen zum Mars stattfinden. Es kann auch für Astronauten sehr gefährlich sein, da sie bei ihrer Rückkehr zur Erde geschwächt werden. Wenn es beim Wiedereintritt Probleme gibt und sie anstrengende Notfallmaßnahmen durchführen müssen, kann dieser fehlende Muskel den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen.
Muskelverlust entsteht durch Arbeiten in einer Mikrogravitationsumgebung. In dieser Umgebung sind die Anti-Schwerkraft-Muskeln eines Astronauten während normaler Aktivitäten nicht aktiv. Astronauten trainieren bis zu 2,5 Stunden am Tag auf der Internationalen Raumstation, um Muskelschwund zu bekämpfen, indem sie ein stationäres Fahrrad fahren, auf einem Laufband laufen oder joggen und ein ROTES (Widerstandsübungsgerät) verwenden.
Die NASA hat kürzlich eine 70-tägige Studie zum Muskelverlust finanziert, um zu untersuchen, wie der Muskelverlust für Astronauten minimiert werden kann. Die Studie wurde in PLOS One veröffentlicht, wobei der Titel zu lang ist, um hier wiedergegeben zu werden. Anstatt tatsächliche Astronauten als Testpersonen zu verwenden, was unmöglich wäre, wurden in der Studie Probanden verwendet, die 70 Tage HDBR (Head Down Bed Rest) unterzogen wurden. HDBR wird als guter Ersatz für das angesehen, was Astronauten in Mikrogravitationsumgebungen durchlaufen.
Die Studie wurde von der medizinischen Abteilung der Universität von Texas (UTMB) von einer großen Gruppe von Forschern durchgeführt. Alle Testpersonen waren männliche Freiwillige im Alter von 35 Jahren plus oder minus 8 Jahren. Es gab eine Kontrollgruppe, die 70 Tage ohne Bewegung oder Nahrungsergänzungsmittel in HDBR blieb, eine andere Gruppe, die Placebo und Bewegung erhielt, und eine andere Gruppe, die Testosteroninjektionen und Bewegung erhielt. Insgesamt nahmen 24 Testpersonen teil.
Während der Studie nahmen die Forscher Biopsien eines Muskels namens Vastus lateralis. Es ist der größte Teil des Quadrizepsmuskels im Oberschenkel. Diese Gewebeproben wurden auf Proteine analysiert.
Was haben sie gefunden?
Die Forscher entdeckten mehrere Veränderungen der Muskelproteine im Vastus lateralis, die durch körperliche Betätigung umgekehrt oder zumindest abgestumpft wurden. Diese Übungen führten zu einer gesünderen Proteinorganisation innerhalb der Muskelfasern. Die Testosteronbehandlung führte zu weiteren Proteinveränderungen, die das Muskelwachstum förderten und das alleinige Training übertrafen.
Das klingt wahrscheinlich nicht allzu überraschend, da die meisten von uns wissen, was Testosteron tut. Die Studie bietet jedoch noch mehr. Das Team identifizierte in seinen Testpersonen Bio-Marker, die möglicherweise einen Muskelverlust vorhersagen. Es gibt auch prädiktive Biomarker, die auf eine robuste Reaktion auf Bewegung und Behandlung hinweisen, um dem Muskelverlust entgegenzuwirken.
„… Die Entwicklung genauer Vorhersagemodelle wird wahrscheinlich Algorithmen beinhalten, die Panels mehrerer Proteine und Faktoren enthalten.“
Aus der Studie „Proteomische Untersuchung des menschlichen Skelettmuskels vor und nach 70 Tagen Bettruhe mit oder ohne Bewegung und Testosteron-Gegenmaßnahmen“
In ihrer Studie heißt es: „Die Entdeckung empfindlicher proteomischer Biomarker könnte in Zukunft personalisierte medizinische Ansätze ermöglichen, indem sie die Entwicklung gezielterer Gegenmaßnahmen auf der Grundlage von Proteom-Basisprofilen unterstützt.“ Je besser sie den Astronauten kennen, desto besser können sie Muskelverlust vorhersagen und verhindern.
"Die einzigartigen Erkenntnisse, die wir über Muskelproteine während einer längeren Bettruhe gewonnen haben, könnten eines Tages angewendet werden, um Veränderungen der Muskelmasse / -stärke in verschiedenen Situationen vorherzusagen und dann ein personalisiertes Programm mit Übungen und hormonellen Gegenmaßnahmen zu entwickeln", sagte der leitende Autor E. Lichar Dillon , UTMB Assistenzprofessor in der Abteilung für Innere Medizin.
"Die Studie hat uns die Möglichkeit gegeben, Biomarker zu identifizieren, die vorhersagen, wie anfällig jedes Individuum für eine Abnahme der Muskelfunktion ist und wie effektiv verschiedene Bewegungs- und Hormonbehandlungen die Atrophie bekämpfen können", sagte der leitende Autor Randall Urban, UTMB-Forschungsleiter und Professor in der Abteilung für Innere Medizin.
Wie die Autoren der Studie anerkennen, ist dies eine ziemlich einfache Herangehensweise an das Problem, aber ein wichtiger erster Schritt. Obwohl sie einige Proteine identifiziert haben, die als Biomarker für Muskelatrophie und -behandlung dienen, arbeiten wahrscheinlich viele Proteine zusammen.
"Wie erwartet war kein einzelnes Protein, das wir identifiziert haben, für jedes gemessene Subjekt oder jede gemessene physiologische Funktion vollständig vorhersagbar, und die Entwicklung genauer Vorhersagemodelle wird wahrscheinlich Algorithmen beinhalten, die Panels mehrerer Proteine und Faktoren umfassen", heißt es in der Studie.
Weiter zum Mars
Wir werden zweifellos zum Mars gehen. Viele Schlagzeilen rund um diese Bemühungen konzentrieren sich auf die Technologie, mit der die Arbeit erledigt werden kann. Leistungsstarke Raketen wie das Space Launch System und Raumschiffe wie das Orion werden entwickelt, um Astronauten zum Mars und dann wieder nach Hause zu bringen.
Aber die Astronauten selbst sind diejenigen, die die Arbeit erledigen müssen. Die NASA setzt viele Ressourcen ein, um zu verstehen, wie sie diese langen Missionen aushalten können. Diese und weitere Studien werden ein wesentlicher Bestandteil erfolgreicher Mars-Missionen sein.
Mehr:
- Pressemitteilung: UTMB-Forscher haben gelernt, wie Muskelverlust auf Raumflügen besser bekämpft werden kann
- Forschungsbericht: Proteomische Untersuchung des menschlichen Skelettmuskels vor und nach 70 Tagen Bettruhe mit oder ohne Bewegung und Testosteron-Gegenmaßnahmen
- NASA: Factsheet zur Muskelatrophie
- NASA: Ihr Körper im Weltraum: Verwenden Sie ihn oder verlieren Sie ihn
- Kanadische Weltraumbehörde: Was passiert mit Muskeln im Weltraum?
- Sidney Morning Herald: Astronaut Scott Kelly über die verheerenden Auswirkungen eines Jahres im Weltraum
- Space Magazine: Wie stark ist die Schwerkraft auf dem Mars?
