Прыгающие мыши продемонстрировали, как следует действовать астронавтам на Марсе и Луне.

В ближайшие годы человечество вновь отправится на Луну, а в течение следующих двенадцати лет попытается ступить на поверхность Марса. С первой миссией все ясно и, основываясь на опыте 1960-х годов, это вполне выполнимо. Однако с Марсом ситуация более сложная. Ряд научных исследований показали, что у астронавтов на МКС хрящ, покрывающий суставы коленей, быстро теряет свою плотность. В условиях Земли длительное истончение таких хрящей может привести к остеоартриту и, как следствие, к полной невозможности передвигаться самостоятельно из-за сильной боли.

Конечно, на МКС истончение хрящей происходит в условиях нулевой гравитации, а на Марсе сила тяжести составляет 0,38 от земной. Тем не менее, опасения остаются. Что произойдет, если после трехмесячного полета к Красной планете (именно такую траекторию планирует компания SpaceX) астронавту станет трудно передвигаться из-за уменьшившейся толщины хрящевой ткани в коленях?

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) провели девятинедельный эксперимент с лабораторными мышами, чтобы предотвратить подобные ситуации. Результаты их работы были описаны в журнале npj Microgravity.

Ученые разделили мышей на три группы: одной ограничили возможность передвижения — подвесили заднюю часть тела, чтобы животное не могло опираться задними лапами на пол. Вторую группу поместили в специальный аппарат (на фото), где мыши должны были совершать прыжки с постепенно увеличивающейся сложностью. Третья группа служила контрольной.

Для мотивации грызунов исследователи приучили их прыгать на моргание зеленого светодиода. После его моргания в «прыжковом аппарате» подавали ток — сначала слабый, затем до 175 вольт. Животные быстро поняли, что нужно прыгать вверх (на платформу с другим полом, куда ток не подается) сразу после сигнала светодиода и даже до подачи тока.

Девять недель эксперимента эквивалентны примерно пяти годам жизни человека. К концу этого периода у подвешенной группы толщина суставных хрящей в ногах уменьшилась на 14% по сравнению с контрольной группой. В то время как у группы прыгунов она, наоборот, увеличилась на 26%.

Кроме того, хотя это не было целью эксперимента, группа прыгунов значительно укрепила свои кости: большеберцовые кости показали на 15% большую минерализацию по сравнению с контрольной группой. Губчатая костная ткань на концах костей лап стала значительно толще и прочнее, чем у контрольной группы. Именно она амортизирует ударную нагрузку при прыжках и беге.

Примечательно, что объем тренировок в этом исследовании был очень мал. Мыши сначала прыгали 10 раз за тренировку (на высоту 15 сантиметров), причем всего трижды в неделю. К концу эксперимента они прыгали по 15 раз (на высоту 20 сантиметров), но все равно всего три раза в неделю. Для человека в космосе (и не только) время, затрачиваемое на тренировки, обычно значительно больше. Например, космонавты на МКС проводят на тренажерах не менее двух часов в день, иначе у них быстро снижается мышечная и костная масса. В противном случае, по возвращении на Землю они могут оказаться в ситуации, схожей с космонавтами миссии «Союз-9», которые после 18 дней полета в тесном корабле не смогли самостоятельно дойти до автобуса.

Из своего эксперимента ученые сделали вывод, что необходимо адаптировать прыжковые тренировки для астронавтов. При этом начинать такую программу следует за несколько месяцев до космических полетов. Также необходимо разработать компактный прыжковый аппарат для космоса, чтобы люди могли тренироваться в полете. Не исключено, что такой аппарат сократит общее время, требуемое астронавтам для тренировок сегодня. Это будет особенно важно на Луне и Марсе, где время людей будет крайне ограничено. Подобные тренировки, хотя и в измененном формате, могут оказаться полезными и для пациентов с остеоартритом (на начальной стадии) на Земле, считают авторы нового исследования.