24 möss, en resa till ISS och en avgörande fråga

En ny rymdstudie skapar just nu stor debatt i forskarvärlden. Vetenskapsmän från NASA och den japanska rymdorganisationen JAXA skickade upp 24 möss till Internationella rymdstationen för att ta reda på hur lite gravitation musklerna egentligen tål. Resultaten slår mitt i planeringen av Mars-färder – och indikerar att den röda planeten är långt tuffare för våra kroppar än många vågat hoppas.

Därför bryts muskler ner så snabbt utan tyngdkraft

Människokroppen är byggd för att fungera under 1 g – alltså under jordens gravitation. Varje steg och varje rörelse utgör i princip ett mini-pass styrketräning. Försvinner denna belastning växlar musklerna förvånansvärt fort över till sparläge.

Studien, som publicerats i det vetenskapliga tidskriften Science Advances, syftade exakt till att kartlägga denna anpassning. Forskarna ville klarlägga om det finns någon sorts ”gränsvärde” – en minimumtröskel för gravitation, under vilken musklerna ser normala ut men redan presterar påtagligt sämre.

De 24 mössen sändes upp till ISS och utsattes för fyra olika gravitationsförhållanden:

Mikrogravitation (nästan tyngdlöshet, som den upplevs på ISS)
0,33 g (ungefär en tredjedel av jordens gravitation – motsvarande förhållandena på Mars)
0,67 g (knappt två tredjedelar av jordens gravitation)
1 g (jordnivå, som jämförelsebas)

I centrum för undersökningen stod en muskel som är särskilt intressant för forskarna: Musculus soleus, en viktig vadmuskel som arbetar aktivt mot gravitationen vid gång och stående positioner. Den reagerar extremt känsligt så fort denna belastning upphör.

Den centrala upptäckten: Under cirka 0,67 g sjunker muskelstyrkan märkbart – även när muskeln utåt sett knappt krymper.

Vad mössen genomgick ombord på rymdstationen

Under experimentet bodde mössen i specialtillverkade burar ombord på ISS. Via ett roterande system kunde forskarna simulera känslan av olika gravitationsstyrkor. Det möjliggjorde testning av effekterna av både 0,33 g och 0,67 g inom samma uppdrag.

Något särskilt anmärkningsvärt trädde fram: Vid 0,33 g förblev storleken på Musculus soleus nästan oförändrad. Tittar man enbart på muskelmassan skulle man förmodligen ha tolkat det som ett gott tecken. Men mätningar av greppstyrkan berättade en helt annan historia – djuren kunde greppa märkbart svagare, och musklerna arbetade alltså betydligt sämre.

Vid 0,67 g var bilden annorlunda. Här lyckades mössen upprätthålla en greppstyrka som kunde jämföras med den normala nivån på jorden. Det antyder att någonstans mellan en tredjedel och två tredjedelar av jordens gravitation finns en biologisk vändpunkt.

Under denna tröskel ser muskeln fortfarande frisk ut – men fungerar redan sämre.

Vad det innebär för astronauter

Uppgifterna kommer ännu så länge från en musmodell. Trots det ser rymdmedicinare det som en tydlig signal för människor i rymden. Det har i årtionden varit känt att astronauter på ISS förlorar både muskelmassa och bentäthet. Av den anledningen tränar de upp till två timmar dagligen ombord för att motverka nedbrytningen.

Den nya studien skärper uppmärksamheten på en punkt som hittills varit mindre klar: En ”lätt” gravitation räcker uppenbarligen inte i sig för att bevara musklerna. Den centrala frågan är nu var denna tröskel ligger hos människor – och hur länge man kan vistas i reducerad gravitation innan prestationsförmågan sjunker till kritiska nivåer.

Möss och människor – hur väl håller jämförelsen?

Forskarna själva varnar för att dra förhastade slutsatser. Möss har en annorlunda ämnesomsättningsprofil, rör sig olika och lever mycket kortare liv. Samtidigt liknar uppbyggnaden och funktionen av deras muskler de mänskliga strukturerna tillräckligt för att man ska kunna utläsa tydliga tendenser.

En genetiker som enligt studien i åratal undersökt rymdflygningens inverkan på hälsan understryker att framtida projekt måste fastställa det exakta tröskelvärdet hos människor: Från vilken reducerad gravitation sjunker muskelstyrkan så markant att långvariga uppdrag blir riskfyllda?

Forskarna planerar bland annat:

Längre uppdrag med detaljerade kraft- och uthållighetstester
Jämförelse av olika träningsprogram i rymden
Mätningar på ytterligare vävnader som ben, hjärta och inre organ

Den röda planeten som ett stresstest för kroppen

Det blir särskilt intressant när blicken riktas framåt. Mars har endast omkring 38 procent av jordens gravitation – motsvarande cirka 0,38 g. Det ligger klart under de 0,67 g där mössen fortfarande någorlunda kunde bevara sin styrka.

För framtida Mars-besättningar innebär det: Den som tillbringar månader eller år på ytan kan inte räkna med att planetens gravitation ensam utgör ”tillräcklig träning.” Just de muskler som används för snabba reaktioner, lyft av utrustning eller nödåtgärder riskerar att bli försvagade över tid.

Den rena Mars-gravitationen kommer med all sannolikhet inte räcka för att fullt ut bevara muskelstyrkan.

Bilden är dock inte helt dyster. Den lägre gravitationen betyder också att astronauter i vardagen kräver mindre kraft för att röra sig och lyfta föremål. Teoretiskt sett skulle en person med markant reducerad muskelstyrka fortfarande kunna fungera funktionsdugligt på Mars – men en eventuell nödlandning tillbaka på jorden skulle se helt annorlunda ut.

Vad rymdplanerare nu måste överväga

Studien nämner flera motåtgärder som diskuterats en tid men som nu blivit ännu mer brådskande:

Intensifierad träning i rymden – Specialutrustning skulle kunna riktat belasta de muskler som i vardagen på Mars blir underutmanade, exempelvis via motståndssystem som simulerar artificiellt högre belastning.
Artificiell gravitation – Roterande moduler eller hela rymdstationer skulle kunna generera centrifugalkraft. Vistas man där några timmar dagligen skulle muskler och ben utmanas på nivå med förhållandena på jorden.
Medicinsk stöd – Preparat som bromsar muskelnedbrytning eller stimulerar tillväxt är redan i forskningens sökarljus – även i samband med åldersrelaterade sjukdomar.

Mer än bara muskler: Vad som annars lider i kroppen

Studiens författare gör det klart: Muskler är bara en del av ekvationen. När gravitationen reduceras förändras hela kroppens ämnesomsättning.

Därtill kommer en rad andra utmaningar som uppdrag till månen och Mars måste ta hänsyn till:

Ben förlorar mineraler, blir mer porösa och går lättare av.
Hjärta och cirkulation anpassar sig och pumpar med mindre kraft – något som kan ge problem när man återvänder till jordens gravitation.
Organ som lever och njurar behandlar näringsämnen annorlunda, vilket på sikt kan leda till skador.
Ämnesomsättningen förskjuts, bland annat vad gäller fett- och sockermetabolism, vilket ökar risken för sjukdomar.

Musstudien visade exempelvis också ämnesomsättningsförändringar under olika gravitationsförhållanden. I vilken utsträckning dessa effekter uppträder lika kraftigt hos människor är ännu inte definitivt fastställt – men riktningen är tydlig: Längre vistelser i låg gravitation är ett medicinskt storexperiment med många okända variabler.

Vad vi alla kan lära av rymdmedicinen

Även den som aldrig beger sig till rymden kan dra nytta av dessa insikter. Den snabba muskelnedbrytningen i tyngdlöshet påminner på många sätt om det som händer vid sängläge, fysisk inaktivitet eller på äldre dar. Muskler som inte utmanas förlorar kraft – långt innan förlusten i omfattning blir synlig.

Ett vardagsexempel: Den som rör sig lite upptäcker ofta först att enkla uppgifter kräver mer energi – att gå i trappor, bära matkassar eller resa sig från golvet. Låren ser kanske fortfarande normala ut, men prestationsförmågan har redan sjunkit. Precis detta mönster bekräftar rymddata vid låg gravitation.

Därifrån kan man dra några paralleller:

Regelbunden belastning – vare sig det är promenader, trappor eller styrketräning – håller musklerna funktionsdugliga.
Att enbart förlita sig på muskelns utseende kan vara missvisande; det avgörande är vad den kan prestera.
Kombinationer av uthållighet och styrkeövningar skyddar på sikt även ben och hjärt-kärlsystem.

För rymdfarten är det numera klart: Varje uppdrag som under längre tid avlägsnar människor från den välbekanta 1-g-miljön kräver en genomtänkt kombination av träning, teknik och medicinsk övervakning. För vardagen på jorden gäller nästan detsamma – fast utan raket och rymdrätt.