Космические полёты ускоряют потерю костной массы: почему астронавтам трудно восстановиться после возвращения
Длительное пребывание в космосе способно надолго изменить состояние костной ткани астронавтов. Наиболее выраженные последствия наблюдаются после миссий продолжительностью более шести месяцев: даже через год после возвращения на Землю плотность костей у многих участников восстанавливается не полностью.
К такому выводу пришли специалисты Университета Калгари. Исследование проводилось на базе Космического центра имени Джонсона в Хьюстоне. Учёные обследовали астронавтов до полёта, сразу после приземления, а затем спустя шесть и 12 месяцев. Особое внимание уделялось запястьям и лодыжкам - участкам, которые в обычных условиях регулярно испытывают механическую нагрузку.
Микрогравитация лишает кости необходимой нагрузки
На Земле скелет постоянно противостоит силе тяжести. Во время ходьбы, подъёма по лестнице, бега и даже обычного стояния кости получают нагрузку, благодаря которой сохраняют прочность. В условиях микрогравитации эта стимуляция резко снижается.
Организм начинает воспринимать костную ткань как избыточную структуру, поскольку для перемещения тела больше не требуется прежняя сила. В результате ускоряются процессы резорбции - разрушения старой костной ткани, тогда как формирование новой не компенсирует потери. Особенно уязвимыми оказываются кости ног, таза и нижней части позвоночника.
По словам профессора кинезиологии Ли Габель, космические миссии позволяют наблюдать стремительную потерю костной массы, которая на Земле формировалась бы десятилетиями. Исследователи считают, что необратимая часть изменений после полёта может быть сопоставима с последствиями возрастной потери костей примерно за десять лет.
Восстановление зависит от продолжительности миссии
После завершения годового периода наблюдений у большинства астронавтов кости, несущие основную нагрузку, восстановились лишь частично. При этом участники коротких экспедиций - продолжительностью менее шести месяцев - в среднем возвращали плотность значительно быстрее.
Однако восстановление не проходило одинаково у всех. Реакция организма после посадки заметно различалась: одни астронавты испытывали выраженную слабость, с трудом ходили и сохраняли нарушения равновесия, другие уже вскоре могли самостоятельно передвигаться и заниматься физическими упражнениями.
Эти различия могут быть связаны с возрастом, исходным состоянием костей, наследственностью, особенностями тренировочной программы, рационом и продолжительностью пребывания на орбите. Важную роль также играют индивидуальные темпы адаптации к невесомости и последующему возвращению в земное гравитационное поле.
Почему после посадки страдают не только кости
Костная ткань восстанавливается медленнее мышц и сердечно-сосудистой системы. После возвращения астронавтам приходится заново привыкать к весу собственного тела. Даже простые действия - ходьба, удержание равновесия, подъём предметов - требуют значительных усилий.
Бывший ректор Университета Калгари и астронавт Роберт Тирск рассказывал, что после полёта сталкивался с усталостью, головокружением и нарушением координации. По его словам, организм должен адаптироваться к Земле так же, как в начале экспедиции он приспосабливается к условиям космоса. При этом мышцы и кости обычно восстанавливаются дольше других систем.
Как астронавты пытаются сохранить здоровье скелета
Для снижения потери костной массы экипажи используют специальные тренажёры. Они позволяют имитировать силовую нагрузку, которую человек испытывает на Земле. В программу подготовки входят упражнения с сопротивлением, бег и тренировки на устройствах, способных фиксировать тело при работе с весом.
Физическая активность помогает замедлить разрушение костей, но не всегда полностью предотвращает его. Чем дольше длится миссия, тем труднее компенсировать воздействие микрогравитации. Поэтому учёные продолжают искать более эффективные сочетания тренировок, питания и медикаментозной поддержки.
Рацион астронавтов также имеет большое значение. Для поддержания скелета необходимы достаточное количество белка, кальций, витамин D и другие вещества, участвующие в обмене костной ткани. Но одной диеты недостаточно: без регулярной механической стимуляции даже сбалансированное питание не способно полностью заменить земную нагрузку.
Значение результатов для полётов на Марс
Полученные данные особенно важны в связи с подготовкой длительных экспедиций к Луне, Марсу и другим планетам. Путешествие до Марса и последующее пребывание на его поверхности могут занять годы, а значит, риск серьёзной потери костной массы окажется намного выше, чем при стандартных орбитальных миссиях.
Дополнительную опасность создаёт то, что марсианская гравитация значительно слабее земной. После долгого полёта астронавтам придётся работать в условиях, где нагрузка будет выше, чем в невесомости, но всё равно недостаточной для полноценного поддержания прочности скелета. Слабость костей увеличит вероятность переломов во время посадки, перемещения по поверхности и выполнения технических задач.
Перед дальними экспедициями необходимо определить, какие изменения можно восстановить полностью, а какие становятся постоянными. Также важно разработать методы постоянного контроля плотности костей во время полёта, поскольку стандартное медицинское оборудование нельзя без ограничений использовать на космическом корабле.
Учёные рассматривают и дополнительные решения: усовершенствованные силовые тренажёры, центрифуги для создания искусственной гравитации, лекарственные препараты и индивидуальные программы реабилитации. Вероятно, для будущих экипажей потребуется сочетать все эти методы, а не полагаться только на физические упражнения.
Исследование специалистов Университета Калгари показывает, что космический полёт влияет на организм гораздо глубже, чем временная слабость после возвращения. Потеря костной массы может продолжаться и после посадки, а восстановление иногда занимает годы и не всегда бывает полным. Поэтому состояние костной ткани становится одним из ключевых факторов, определяющих безопасность длительных космических миссий.
