Ученые выяснили, как короткие космические полеты влияют на суставы астронавтов

Исследователи из National Jewish Health представили новые данные о влиянии космических полетов на суставы человека. Согласно опубликованному исследованию, пребывание астронавтов на борту International Space Station в течение 18 дней не привело к заметным изменениям структуры суставов нижних конечностей. Работа стала одной из первых, где для оценки состояния суставов в условиях микрогравитации активно применялась ультразвуковая диагностика.

Результаты выглядят обнадеживающими для будущих пилотируемых миссий, однако ученые подчеркивают: короткие полеты нельзя напрямую сравнивать с многомесячными экспедициями к Луне или Mars. Даже если суставы остаются стабильными в течение нескольких недель, длительное пребывание в невесомости может вызывать значительно более серьезные последствия.

Космос давно считается серьезным испытанием для организма

Воздействие микрогравитации на человека изучается десятилетиями.

Уже давно известно, что космические полеты вызывают:

• потерю мышечной массы;
• снижение плотности костей;
• изменения работы сердечно-сосудистой системы;
• нарушения вестибулярного аппарата;
• перераспределение жидкостей в организме.

Особенно сильно страдает опорно-двигательный аппарат.

На Земле мышцы и кости постоянно испытывают нагрузку под действием гравитации. В космосе эта нагрузка практически исчезает.

Почему суставы вызывают особый интерес

Суставы — одна из важнейших частей человеческого тела для длительных космических миссий.

Во время полетов к Луне или Mars астронавтам потребуется:

• сохранять подвижность;
• выполнять физическую работу;
• переносить посадки;
• адаптироваться к изменяющейся гравитации.

Если суставные ткани будут разрушаться быстрее в условиях микрогравитации, это может стать серьезным ограничением для дальних экспедиций.

Особое беспокойство вызывают:

• хрящи;
• связки;
• сухожилия;
• суставные поверхности коленей и голеностопа.

Ранее основное внимание уделялось костям и мышцам

Большинство исследований влияния невесомости концентрировалось на:

• остеопорозе;
• атрофии мышц;
• сердечно-сосудистой системе;
• мозге;
• зрении.

Однако состояние суставов изучалось значительно меньше.

Причина проста: суставные изменения трудно отслеживать в космосе.

Полноценные МРТ-исследования на орбите пока невозможны, а доставка оборудования чрезвычайно сложна.

Ультразвук оказался перспективным решением

Новая работа показала, что ультразвуковая диагностика может стать важным инструментом космической медицины.

Ультразвук имеет несколько преимуществ:

• компактность;
• малый вес оборудования;
• отсутствие радиации;
• возможность многократных обследований;
• относительная простота использования.

На International Space Station уже давно применяются портативные медицинские системы, и ультразвук считается одним из наиболее перспективных методов диагностики в дальнем космосе.

Что именно исследовали ученые

Авторы работы анализировали состояние суставов астронавтов до и после короткой миссии продолжительностью 18 дней на ISS.

Особое внимание уделялось:

• суставным хрящам;
• признакам воспаления;
• состоянию мягких тканей;
• возможным дегенеративным изменениям.

По итогам наблюдений исследователи не обнаружили статистически значимых изменений.

Почему это важный результат

Даже отсутствие негативных изменений представляет ценность для науки.

Ранее существовали опасения, что микрогравитация может быстро запускать деградацию суставных тканей.

Новое исследование показывает, что при коротких миссиях подобных эффектов может не возникать.

Это особенно важно на фоне растущего числа коммерческих космических полетов и планов по развитию орбитального туризма.

Но ученые предупреждают: выводы пока ограничены

Авторы исследования подчеркивают, что 18 дней — слишком короткий срок для окончательных выводов.

Многие проблемы космической медицины проявляются именно при длительном пребывании в невесомости.

Например:

• потеря костной массы накапливается месяцами;
• атрофия мышц усиливается со временем;
• изменения мозга становятся заметнее при длинных миссиях.

С суставами ситуация может оказаться аналогичной.

Длительные полеты остаются серьезным вызовом

Будущие экспедиции к Mars могут продолжаться:

2text{–}3 mathrm{года}

С учетом перелета, пребывания на поверхности и возвращения на Землю.

За это время организм человека подвергнется множеству факторов:

• микрогравитации;
• радиации;
• изоляции;
• ограниченной физической активности;
• психологическому стрессу.

Даже небольшие изменения суставов могут стать серьезной проблемой при таких сроках.

Невесомость меняет работу всего тела

В условиях микрогравитации тело функционирует иначе.

На Земле суставы постоянно испытывают механическую нагрузку при:

• ходьбе;
• беге;
• стоянии;
• переносе веса тела.

В космосе эта нагрузка резко уменьшается.

С одной стороны, это снижает давление на суставы.

С другой — может нарушать естественные процессы обновления тканей.

Хрящ особенно чувствителен к нагрузке

Суставной хрящ не имеет собственных кровеносных сосудов.

Его питание зависит от механических движений и распределения жидкости внутри сустава.

Поэтому ученых давно интересует вопрос: как отсутствие нормальной нагрузки влияет на хрящевую ткань.

Пока данных остается немного.

Космическая медицина становится критически важной отраслью

С развитием пилотируемой космонавтики интерес к физиологии человека в космосе быстро растет.

NASA, ESA и другие агентства активно изучают:

• состояние мозга;
• иммунную систему;
• микробиом;
• сердечно-сосудистые изменения;
• старение тканей;
• молекулярные эффекты радиации.

Суставы становятся частью этой большой программы исследований.

Данные ISS особенно ценны

International Space Station остается главным научным полигоном для изучения влияния космоса на человека.

На станции проводятся сотни медицинских экспериментов.

Именно благодаря ISS ученые получили огромный объем информации о:

• потере костной массы;
• атрофии мышц;
• нарушениях равновесия;
• изменениях зрения;
• перестройке мозга.

Теперь к этому списку постепенно добавляются и исследования суставов.

После возвращения на Землю возникают дополнительные нагрузки

Интересно, что проблемы могут возникать не только в космосе, но и после посадки.

После длительной невесомости организм вынужден заново адаптироваться к гравитации.

Астронавты часто сталкиваются с:

• головокружением;
• потерей равновесия;
• мышечной слабостью;
• изменением походки.

Это увеличивает нагрузку на суставы и повышает риск травм.

Именно поэтому астронавтов часто выносят на носилках

После длительных миссий астронавты обычно не выходят из капсулы самостоятельно.

Это стандартная медицинская процедура.

Причины связаны с:

• нарушением работы вестибулярного аппарата;
• ослаблением мышц;
• адаптацией к гравитации;
• изменением распределения жидкостей.

Даже хорошо тренированные экипажи испытывают временные трудности после возвращения.

Физические тренировки остаются обязательными

Чтобы уменьшить последствия микрогравитации, экипажи ISS ежедневно тренируются.

Обычно астронавты проводят:

approx 2 mathrm{часа в день}

на беговых дорожках, велотренажерах и силовых установках.

Без таких нагрузок потеря мышечной и костной массы происходила бы значительно быстрее.

Исследования суставов могут помочь и на Земле

Авторы работы отмечают, что технологии ультразвукового мониторинга полезны не только для космоса.

Подобные методы могут применяться для:

• диагностики артрита;
• раннего выявления повреждений хряща;
• спортивной медицины;
• контроля восстановления после травм;
• мониторинга возрастных изменений суставов.

Космическая медицина уже неоднократно приводила к появлению технологий, используемых в обычном здравоохранении.

Следующий этап — длительные миссии

Теперь ученые планируют изучать состояние суставов при более продолжительных полетах.

Особый интерес представляют миссии продолжительностью:

• несколько месяцев;
• полгода;
• год и более.

Именно такие сроки считаются критически важными для будущих экспедиций к Mars.

Главный вывод исследования пока осторожно оптимистичен

Новые данные показывают, что короткие полеты на ISS, вероятно, не вызывают быстрого разрушения суставов нижних конечностей. (Phys.org)

Однако ученые не считают проблему закрытой.

Человеческий организм эволюционировал в условиях земной гравитации, и длительное пребывание в космосе продолжает оставаться одним из крупнейших биологических вызовов для будущего пилотируемой космонавтики.

Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org