NASA og China National Space Agency planlegger å sende astronauter til Mars allerede i løpet av det neste tiåret.
Et slikt mål krever omfattende planlegging og forskning, der helse og sikkerhet for astronautene står helt sentralt. I tillegg til farene ved den lange reisen – som stråling og effektene av lang tid i mikrogravitasjon – byr selve Mars på en egen utfordring.
På Mars er tyngdekraften bare rundt 38 prosent av jordens. Kombinert med høyere strålingsnivåer kan dette gi økt risiko for langsiktige helseproblemer. Nå undersøker et internasjonalt forskerteam hvordan den lavere tyngdekraften kan påvirke en nøkkelfaktor for menneskers helse: skjelettmuskulaturen.
Skjelettmuskulatur er den mest utbredte vevstypen i kroppen og utgjør over 40 prosent av kroppsvekten. Den er avgjørende både for bevegelse og for stoffskiftet. Samtidig er muskulaturen særlig følsom for redusert belastning, og lavere tyngdekraft kan i verste fall føre til betydelig tap av styrke, størrelse og funksjon over tid.
Forskergruppen besto av fagmiljøer fra blant annet University of Tsukuba, Tohoku Medical Megabank Organization, INGEM, Beth Israel Deaconess Medical Center, Brigham and Women’s Hospital, Japan Aerospace Exploration Agency og flere universiteter. Resultatene er publisert i tidsskriftet Science Advances.
Mus i bane ga viktig pekepinn
I forsøket undersøkte forskerne hvordan lavere tyngdekraft påvirket skjelettmuskulatur hos 24 mus som ble sendt til Kibo-modulen, et forskningslaboratorium i rommet driftet av Japan Aerospace Exploration Agency.
Musene ble plassert i en spesialutviklet sentrifuge kalt Multiple Artificial-gravity Research System, der de over 28 dager ble utsatt for fire tyngdekraftnivåer: mikrogravitasjon, 0,33 g, 0,67 g og 1 g.
Dyrene gjennomgikk tester før oppskyting ved NASAs Kennedy Space Center og ble undersøkt igjen etter at de kom tilbake. Blant annet ble prøver analysert ved Metabolism and Muscle Biology Lab ved University of Rhode Island.
– Selv om vi kan simulere romfart på jorden hos mennesker, er det ekstremt komplisert og kostbart. Vi har sentrifuger som kan utsette mennesker for bestemte gravitasjonsnivåer midlertidig, men belastningen blir verken jevn eller konstant, sier professor Marie Mortreux, som leder laboratoriet.
– Vi brukte gravitasjonsnivåer med jevne intervaller for å få et bedre bilde av hvordan systemene reagerer på ulike doser tyngdekraft. Gruppen som ble utsatt for 0,33 g var svært nær Mars-tyngdekraften på 0,38 g. Funnene våre der kan omsettes til tiltak som kan gjøre Mars-utforskning mulig, sier hun.
Dette nivået kan være «terskelen»
Da musene kom tilbake, analyserte forskerne blant annet vekt, styrke og bevegelse. Resultatene viste at 0,33 g reduserte muskelsvinn som normalt oppstår i rommet, mens 0,67 g i praksis hindret muskeltapet.
Forskerne målte også grepstyrke i forbeina ved hjelp av elektrisk impedans-myografi. Dette tydet på at 0,67 g var tilstrekkelig for å opprettholde muskelprestasjon.
Samlet peker resultatene mot at 0,67 g kan være en kritisk terskel for å motvirke muskelsvinn ved langvarig opphold i rommet.
Blodprøver kan gi tidlige varsler
I tillegg analyserte forskerne blodplasma og identifiserte 11 metabolitter som endret seg i takt med tyngdekraftnivået. Det kan bety at de kan brukes som biomarkører for å overvåke hvordan kroppen tilpasser seg – og oppdage uheldige endringer tidlig.
Studien bygger videre på tidligere arbeid med modeller for delvis tyngdekraft, der forskerne har undersøkt hvordan ulike nivåer påvirker muskel- og skjelettvev.
Kan få betydning for fremtidige Mars-ferder
En viktig konklusjon er at fremtidige Mars-oppdrag må ta høyde for muskeltap, særlig under den lange transportetappen mellom jorden og Mars.
Astronauter må kunne gjennomføre vitenskapelig arbeid, bevege seg effektivt og beholde styrke og funksjon over tid. God muskelhelse er også avgjørende både for arbeid på Mars og for restitusjon etter hjemkomst til jorden.
Funnene kan derfor styrke argumentet for å innlemme løsninger som gir kunstig tyngdekraft under reisen, for eksempel roterende moduler som kan skape en mer jordlignende belastning på kroppen.
