Астронавты впервые смогли отслеживать здоровье своих мышц в космическом полете с помощью портативного устройства, выявляя, какие мышцы наиболее подвержены риску ослабления в условиях низкой гравитации.

Международная исследовательская группа, в том числе из Университета Саутгемптона и возглавляемая Университетом Шарите в Берлине, следила за здоровьем мышц двенадцати астронавтов до, во время и после пребывания на Международной космической станции (МКС).

Результаты , опубликованные в журнале Scientific Reports, показывают, что ежедневный режим упражнений астронавтов был эффективен для сохранения большинства групп мышц , но важнейшие мышцы голени показали признаки ухудшения.

Технология и протокол оценки, используемые в космосе, также могут привести к кардинальным изменениям в здравоохранении на Земле, позволяя медицинским работникам лучше контролировать состояние мышц при нервно-мышечных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона и инсульт, а также у пациентов в критическом состоянии. Забота.

«Возможность проверять состояние мышц во время полета позволит астронавтам видеть, какие мышцы теряют силу, и соответствующим образом корректировать свою программу упражнений», — говорит профессор Мария Стоукс, OBE, руководитель проекта в Великобритании, из Школы медицинских наук Университета Великобритании. Саутгемптон. «Возможность персонализировать подобные упражнения будет иметь решающее значение в будущих длительных миссиях на Луну и Марс».

Потеря мышечной массы в космосе

Условия микрогравитации во время космического полета означают, что тела астронавтов не подвергаются той рабочей нагрузке, к которой они привыкли на Земле, а это означает, что мышцам не приходится сильно работать для выполнения функциональных задач на борту космического корабля. Это подвергает астронавтов риску мышечной слабости и потери костной массы, что приводит к снижению массы скелетных мышц до 20% за месяц.

Чтобы противодействовать этому, астронавты на борту МКС выполняют программу упражнений примерно по два часа в день шесть или семь дней в неделю. До сих пор контролировать эффективность этой программы можно было только с помощью предполетных и послеполетных проверок из-за отсутствия соответствующего оборудования.

Карманное устройство

MyotonPRO — это устройство размером со смартфон, которое измеряет свойства поверхностных скелетных мышц, сухожилий, связок, жировой ткани (жира) и кожи. Он неинвазивный и использует метод «нажми и слушай», посылая точный импульс, заставляющий ткани колебаться, и записывая реакцию ткани для расчета различных характеристик, таких как жесткость, тонус и эластичность.

Прибор использовался для измерения определенных точек на телах астронавтов на протяжении всей миссии: перед полетом, в течение 4–11 месяцев пребывания на борту МКС и до трех месяцев после полета. Исследователи были особенно заинтересованы в измерении пассивной жесткости мышц, поскольку она отражает мышечную силу, которую невозможно измерить в нескольких мышцах в пространстве.

«Люди склонны связывать жесткость с плохой гибкостью и подвижностью, но для поддержания стабильности и осанки суставов необходима достаточная степень пассивной жесткости», — говорит соавтор Пол Макелт, научный сотрудник Университета Саутгемптона.

«Жесткость обеспечивает поддержку во время движения, предотвращая чрезмерное растяжение мышц и снижая риск травм. Она также способствует эффективности движения, сохраняя и высвобождая эластичную энергию во время занятий, таких как ходьба или бег».

Пассивная мышечная ригидность может меняться в течение дня, поэтому для обеспечения точности необходимо стандартизировать условия записи.

Ослабление важнейших мышц ног

Команда обнаружила, что программа упражнений астронавтов эффективна для сохранения мышечной ригидности в большинстве измеряемых участков, включая плечи, шею, спину и бедра. Но что особенно важно, у всех 12 астронавтов наблюдались признаки ослабления передней большеберцовой мышцы. Передняя большеберцовая мышца, расположенная в передней части голени, поднимает стопу вверх к голени. Это движение необходимо для ходьбы и бега.

Камбаловидная и икроножная мышцы голени действуют противоположно передней большеберцовой мышце, направляя стопу вниз. Жесткость камбаловидной мышцы также снизилась по сравнению с предполетной, но со временем на МКС она постепенно увеличивалась. Икроножная мышца стала более жесткой, что указывает на то, что она может взять на себя большую часть функций голени.

Жесткость ахиллова сухожилия (прикрепленного к обеим мышцам) также уменьшилась по сравнению с предполетными измерениями. Мониторинг ахиллова сухожилия важен, поскольку внезапная перезагрузка, например, вызванная изменением силы гравитации, может привести к травме или даже разрыву.

Профессор Дитер Блоттнер из Charité-Universitätsmedizin Berlin, Германия, который руководил проектом Myotones, сказал: «Эти мышцы голени играют жизненно важную роль в стабилизации походки и голеностопного сустава. Нарушение функции может помешать выполнению миссий во время планетарных экскурсий и привести к травмам по возвращении». гравитации Земли, поэтому упражнения, нацеленные на эти мышцы, должны быть включены в режим тренировок астронавтов в будущем».

Использование на Земле

Измерение здоровья мышц таким относительно простым способом в космосе может быть применимо к повседневной жизни на Земле — в медицинских учреждениях, спорте, отдаленных сообществах и даже домах людей.

Оценка жесткости и других характеристик мышц помогает лечить неврологические расстройства, такие как болезнь Паркинсона и инсульт. В настоящее время клинические оценки включают субъективные методы, при которых ригидность оценивается как легкая, умеренная или тяжелая.

MyotonPRO предлагает объективные измерения для более точной и чувствительной оценки эффектов различных методов лечения. В будущем подобные устройства смогут использоваться пациентами для мониторинга воздействия лекарств в домашних условиях, подобно самоанализу крови при диабете.

Доктор Мартин Уорнер, соавтор исследовательской работы из Университета Саутгемптона, сказал: «Эта технология и использование пассивной мышечной ригидности в качестве индикатора здоровья мышц могут быть использованы многими медицинскими работниками во время клинических обследований. Широкое внедрение может произвести революцию». здравоохранение в области нервно-мышечной системы, интенсивной терапии и гериатрической медицины, реабилитации и точной медицины».

Либби Моксон, научный сотрудник по исследованиям Луны и микрогравитации в Космическом агентстве Великобритании (UKSA), сказала: «Поскольку мы приближаемся к все более амбициозным миссиям, которые позволят нам путешествовать глубже в космос и на более продолжительное время, крайне важно, чтобы мы полностью понимали, как космические путешествия влияют на человеческие мышцы. свойства, чтобы мы могли защитить здоровье мышц астронавтов во время длительных миссий.

«Увлекательное исследование Университета Саутгемптона, проведенное при поддержке Космического агентства Великобритании, демонстрирует, как инновационные технологии могут способствовать достижению этой цели, используя преимущества микрогравитации для получения информации, которая также поможет улучшить здравоохранение в космосе и на Земле».