Японские учёные рассказали, что происходит с нервами и мышцами в невесомости

Учёные рассказали, как пониженная гравитация влияет на мышцы и нервные реакции космонавтов

Среди множества функций, выполняемых скелетными мышцами, важной является поддержание осанки. Если бы не эти мышцы, гравитационное притяжение Земли могло бы мешать нам стоять и ходить. Группа мышц, в основном присутствующая в наших конечностях, спине и шее, которые отвечают за поддержание нашей осанки и позволяют нам двигаться против силы гравитации, по праву называется «антигравитационными» мышцами.

Но что происходит с этими мышцами, когда нет гравитации (или «разгрузки» гравитационной силы), с которой они могли бы работать? Кому-то этот вопрос может показаться смешным, но только не астронавту на борту Международной космической станции (МКС). В открытом космосе , где гравитация минимальна, наши мышцы (особенно антигравитационные) используются не так интенсивно, что может привести к их атрофии, изменению структуры и свойств. Известно, что икроножные мышцы человека уменьшаются в объеме во время полета в космос.

Группа исследователей из Японии под руководством доктора Ёсинобу Охира из Университета Дошиша, Япония, решила найти ответ. Они изучили реакцию нервно-мышечных свойств на гравитационную разгрузку и на основе исследований сделали выводы о том, как астронавты могут избежать нервно-мышечных проблем во время продолжительного космического полета. Этот обзор был опубликован в журнале Neuroscience & Biobehavioral Reviews в мае 2022 года.

Команда рассмотрела, как морфологические, функциональные и метаболические свойства нервно-мышечной системы реагируют на снижение антигравитационной активности. Сначала они рассмотрели имитационные модели человека и грызунов, а также увидели, как афферентная и эфферентная активность мотонейронов регулирует нервно-мышечные свойства. Их обзор предполагает, что афферентная нервная активность (которая включает сигналы, посылаемые от скелетных мышц в центральную нервную систему во время мышечной активности) играет ключевую роль в регуляции свойств мышц и активности мозга.

Подавление антигравитационной активности мышц приводит к ремоделированию саркомеров (которые являются структурной единицей мышц), что приводит к уменьшению их количества, что в дальнейшем вызывает снижение развития силы, что в конечном итоге приводит к мышечной атрофии. Также наблюдается снижение амплитуды электромиограмм в антигравитационных мышцах, а именно в камбаловидной и длинной приводящей мышцах. Это указывает на то, что воздействие среды с низкой гравитацией влияет не только на мышцы, но и на нервы.

Гравитационная разгрузка вызывает ухудшение моторного контроля, проявляющееся в нарушении координации мышц-антагонистов и изменении механики. Трудности при ходьбе также наблюдались у экипажей после космических полетов, хотя они регулярно тренировались на МКС. Астронавты на борту МКС должны использовать беговые дорожки, велоэргометры и оборудование для силовых тренировок, чтобы противодействовать влиянию пониженной гравитации на нервно-мышечную систему и сохранять свое физическое здоровье. Однако эти контрмеры, основанные на упражнениях, не всегда эффективны для предотвращения определенных нежелательных нервно-мышечных изменений.

Дополнительные проблемы возникают, когда астронавты находятся в условиях микрогравитации в течение шести или более месяцев, например, по пути на планету Марс или обратно. Таким образом, этот обзор имеет большое значение в области космических исследований с особым акцентом на здоровье космонавтов (рекомендации в отношении которых упоминаются авторами).

Изменения мышечных свойств вследствие гравитационной разгрузки могут быть связаны со снижением нервной активности, а также с механическим напряжением, зависящим от сокращения и/или растяжения. Адекватная стимуляция камбаловидной мышцы снижает вероятность ее атрофии. Таким образом, во время тренировки космонавты должны идти или медленно бежать с приземлением на заднюю ногу (также может помочь использование эластичного шнура). Периодическое пассивное растяжение камбаловидной мышцы также кажется эффективным. Таким образом, информация с уникальной точки зрения, как обсуждается в этом обзоре, может сыграть важную роль в разработке соответствующих контрмер против нервно-мышечных проблем для будущих длительных пилотируемых миссий по исследованию космоса.

Актуальные новости России и мира