Kości astronautów płacą cenę kosmicznych misji jeszcze długo po lądowaniu

Powrót z orbity kojarzy się z rehabilitacją, powrotem sił i stopniowym wracaniem do codziennego funkcjonowania. Jak się jednak okazuje, szkielet astronauty potrafi "pamiętać" pobyt w mikrograwitacji znacznie dłużej niż mięśnie czy narząd równowagi. Najnowsza analiza danych amerykańskich astronautów ujawnia, że po misjach przekraczających 90 dni rośnie ryzyko złamania biodra - i to w okresie, który następuje już po wylądowaniu, w wieku, w którym tego typu urazy u zwykłych ludzi zwykle jeszcze się nie zdarzają.

Kość nie boli, kiedy ją tracisz

Zjawisko ubytku masy kostnej u astronautów nie jest żadną nowością - naukowcy obserwują je od dziesięcioleci. W warunkach mikrograwitacji nogi, biodra i kręgosłup nie muszą już codziennie znosić ciężaru całego ciała, dlatego organizm zaczyna traktować rozwinięty szkielet jako zbędny balast. Tkanka kostna jest żywa i podlega nieustannej przebudowie - jedne komórki ją rozkładają, inne odbudowują. Na Ziemi to właśnie mechaniczne obciążenie utrzymuje równowagę tych procesów. W przestrzeni kosmicznej szala przechyla się w kierunku utraty masy kostnej.

Według danych NASA w trakcie typowych misji trwających cztery do sześciu miesięcy astronauci mogą miesięcznie tracić średnio od 1 do 1,5 proc. gęstości kości w miejscach najbardziej narażonych na obciążenia. To tempo wielokrotnie przewyższa naturalny proces starzenia się kości.

Spider's Web informował już wcześniej, że mikrograwitacja najsilniej odbija się na biodrach, nogach i kręgosłupie. Wówczas sprawa dotyczyła przede wszystkim biologicznych skutków nieważkości. Teraz mowa już o konkretnych, realnych złamaniach.

Sprawdzili nie skany, tylko prawdziwe złamania

Grupa badaczy powiązana z NASA Johnson Space Center przeanalizowała dokumentację złamań u amerykańskich astronautów. Wyniki znalazły się w pracy opublikowanej w Mayo Clinic Proceedings. Naukowcy podzielili okresy obserwacji na trzy kategorie: czas przed jakimkolwiek lotem w kosmos, okres po krótszych misjach oraz czas po co najmniej jednej misji trwającej dłużej niż 90 dni.

Dotychczasowe badania koncentrowały się głównie na porównaniu gęstości kości mierzonej bezpośrednio przed startem i po powrocie na Ziemię. Tym razem postawiono inne, znacznie bardziej dosłowne pytanie: czy długie misje realnie przekładają się na większą liczbę złamań w przyszłości? Odpowiedź wydaje się twierdząca. U astronautów po długotrwałych lotach częstość złamań biodra była wyższa niż po krótszych misjach oraz w porównaniu z okresem, gdy jeszcze nie byli narażeni na wydłużony pobyt w mikrograwitacji. Co istotne, złamania pojawiały się wcześniej, niż można by się spodziewać w przypadku zwykłej populacji żyjącej na Ziemi.

Próg 90 dni nie oznacza, że po jego przekroczeniu kości astronauty automatycznie stają się kruche - to po prostu granica przyjęta do podziału uczestników badania na grupy. Większość długich misji trwała zresztą około pół roku. Badanie nie udowadnia też, że każde późniejsze złamanie było bezpośrednim skutkiem pobytu w kosmosie. Liczba astronautów jest niewielka, a złamania biodra zdarzają się na szczęście rzadko, co ogranicza wielkość próby statystycznej. Nie ma możliwości zebrania stu tysięcy astronautów i śledzenia ich losów przez kilka dekad, bo tak wielu ludzi po prostu nigdy nie poleciało w kosmos.

Wcześniejsze analizy NASA obejmowały 262 astronautów i ponad 8400 osobolat obserwacji, przy czym grupa osób po przynajmniej jednej długiej misji liczyła jedynie 42 osoby. Mimo tak małej liczebności to właśnie w tej grupie zauważono sygnał wskazujący na wzrost liczby złamań biodra. Nie można więc jeszcze jednoznacznie stwierdzić, że długi lot kosmiczny powoduje złamanie biodra. Można jednak powiedzieć, że wraz z wydłużającą się ekspozycją na mikrograwitację ujawnia się związek, którego NASA nie zamierza już ignorować.

Biodro może nie odbudować się do końca

Prawdziwy problem zaczyna się często dopiero po lądowaniu. Astronauta może czuć się dobrze, odzyskać siłę mięśni i wrócić do intensywnego trybu życia, mimo że wewnętrzna struktura kości nie musi się regenerować w tym samym tempie. Standardowe badanie DXA mierzy głównie gęstość mineralną kości - to ważny wskaźnik, który jednak nie oddaje pełnego obrazu jej jakości.

Kość ma bardzo złożoną mikrostrukturę. W jej wnętrzu znajduje się sieć beleczek kostnych, które rozprowadzają obciążenia podobnie jak konstrukcja mostu. Jeśli część z nich zanika podczas pobytu w mikrograwitacji, odbudowanie samej masy kostnej po powrocie nie musi oznaczać przywrócenia pełnej wytrzymałości, jaką kość miała wcześniej.

NASA podkreśla, że zmiany w biodrze mogą utrzymywać się nawet przez lata. W wcześniejszych obserwacjach jeszcze trzy lata po zakończeniu długiej misji gęstość kości w biodrze była niższa niż można by oczekiwać u osoby, która nigdy nie przebywała dłużej w warunkach mikrograwitacji. Z tego powodu agencja zaczęła poszerzać monitoring astronautów o ilościową tomografię komputerową. Taka metoda pozwala zajrzeć głębiej, w różne warstwy kości, i ocenić nie tylko jej ogólną gęstość, ale również samą strukturę.

Znacznie większym problemem będzie Mars

Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej astronauci trenują nawet około dwóch godzin dziennie, korzystając z bieżni, rowerów stacjonarnych i urządzeń oporowych zaprojektowanych tak, by wymuszać na mięśniach i kościach pracę mimo braku grawitacji. Taki trening znacznie pomaga, ale nie eliminuje problemu całkowicie.

Przyszłe misje kosmiczne będą jeszcze dłuższe. Sam lot na Marsa w jedną stronę może zająć od sześciu do dziewięciu miesięcy. Po takiej podróży załoga nie trafi do ziemskiego centrum rehabilitacji - będzie musiała opuścić statek, działać na powierzchni innej planety, przenosić sprzęt i reagować na ewentualne awarie. Wcześniejsze koncepcje załogowych misji na Marsa zakładały już, że astronauci po lądowaniu będą potrzebować czasu, aby ich organizm na nowo przyzwyczaił się do grawitacji.

Jeśli kości biodra okażą się słabsze, niż wskazują standardowe badania, nawet zwykły upadek albo nieprawidłowe podniesienie ciężkiego przedmiotu może stać się zagrożeniem nie tylko dla zdrowia astronauty, ale dla powodzenia całej misji.