Новое исследование, проведённое на борту МКС, позволило учёным установить критические уровни гравитации, которые предотвращают разрушительные изменения в мышцах во время длительных космических миссий.
Результаты работы, опубликованные в Science Advances, напрямую связаны с будущими полётами человека на Луну и Марс, поскольку гравитация на этих телах значительно ниже земной. Известно, что пребывание в условиях микрогравитации приводит к атрофии мышц, однако ранее учёные не могли точно определить минимальный уровень гравитации, необходимый для поддержания мышечного тонуса.
Эксперимент на борту МКС
Для ответа на этот вопрос команда исследователей отправила на МКС 24 мыши и подвергала их воздействию различных уровней гравитации в течение 27–28 дней. Эксперимент проводился с использованием специальной центрифуги Multiple Artificial-gravity Research System (MARS), которая позволяла создавать условия с гравитацией в одну треть (0,33g), две трети (0,67g) земной или моделировать нормальную земную гравитацию (1g). Контрольная группа мышей оставалась на Земле.
После возвращения грызунов учёные провели тщательное исследование, оценивая мышечную массу, силу хвата, гистологические изменения и экспрессию генов. Результаты показали, что у мышей в условиях микрогравитации и при 0,33g наблюдалась значительная потеря мышечной массы и силы по сравнению с контрольной группой. Особенно пострадала камбаловидная мышца — известная своей высокой чувствительностью к разгрузке. В то же время мыши при 0,67g демонстрировали показатели, практически идентичные тем, кто оставался в условиях земной гравитации.
Молекулярные маркеры гравитации
Помимо физических изменений, исследователи обнаружили молекулярные маркеры, связанные с воздействием гравитации. Анализ плазмы крови выявил 11 метаболитов, уровни которых изменялись в зависимости от силы тяжести. Среди них — креатин, лактат и глицин, что указывает на перестройку энергетического и аминокислотного обмена при пониженной гравитации. В условиях микрогравитации и 0,33g подавляется синтез белка и активируются процессы мышечной деградации.
Иллюминаторы космических аппаратов: стекло, которое смотрит в бесконечность
Пока учёные изучают физиологию космонавтов, инженеры решают не менее сложную задачу — обеспечить экипажу визуальный контакт с внешним пространством при сохранении герметичности и защиты от радиации. Иллюминаторы космических аппаратов — один из наиболее технологически сложных элементов конструкции.
На борту МКС установлены иллюминаторы нескольких типов. Рабочие иллюминаторы модулей представляют собой многослойные конструкции из нескольких стёкол: внешнее защитное стекло принимает на себя удары микрометеоритов и воздействие перепадов температур от −120°C до +120°C, средние слои обеспечивают основную герметизацию, внутреннее стекло защищает от случайного повреждения со стороны экипажа. Купол модуля Cupola — самый известный наблюдательный элемент МКС — оснащён семью иллюминаторами из боросиликатного стекла толщиной около 25 мм каждый, способными выдерживать перепады давления и тепловые нагрузки орбитального полёта.
Стёкла для космических иллюминаторов производятся по специальным допускам: оптическая однородность, отсутствие включений и микропузырей, устойчивость к ультрафиолетовому и радиационному потемнению — требования, несопоставимые с обычным строительным остеклением. Именно поэтому работа со стеклом в любом его проявлении — от архитектурного до специализированного — требует глубокого понимания материала. В гражданском строительстве и реставрации этим занимаются профессионалы: например, стекольная мастерская работает с нестандартными запросами там, где серийные решения не подходят — принцип, хорошо знакомый и космическим инженерам.
Что это означает для будущих миссий
Данные исследования имеют важное значение для пилотируемой космонавтики. Если физиология человека реагирует на гравитацию аналогично мышиной, порог в 0,67g создаёт реальную проблему для миссий на Марс, где гравитация составляет лишь 0,38g, и тем более на Луну с её 0,17g. Возможными решениями авторы называют системы искусственной гравитации и интенсивные физические нагрузки во время полёта.
Исследование имеет и земное применение: обнаруженные биомаркеры могут стать основой для неинвазивного мониторинга здоровья мышц у пациентов с мышечными заболеваниями — после подтверждения результатов на людях.