A súlytalanság izomkárosító hatása
(Rovat: Az emberi élet védelme, Hazai kutatóhelyek és űripar , Nyereség az országnak - 2004.12.05 14:48.)

Néhány évtizeddel ezelőtt csak elképzeléseink voltak arról, hogy az ember képes-e a súlytalanság állapotában élni. Kérdéses volt, hogy szervezetünk elviseli-e az űrhajó extrém gyorsulását és alkalmazkodik-e a drasztikusan megváltoztatott külső körülményhez, a gravitáció elvesztéséhez. A téma kutatásában debreceni szakemberek is résztvesznek.

A modern ember számára egy űrhajó fellövése a világűrbe megszokott esemény. A sajtó csak néhány sorban ismerteti a legkorszerűbb berendezésű űrlaboratóriumok elindítását, kutatási célját és eredményeit, - pedig az emberek érdeklődése az űrkutatás iránt ma talán fokozottabb mint az elmúlt évtizedekben. Száz évvel ezelőtt Ciolkovszkij, a kiváló orosz tudós talán csak álmodott arról, hogy valaha is ember jut a világűrbe. Néhány évtizeddel ezelőtt csak elképzeléseink voltak arról, hogy az ember képes-e a súlytalanság állapotában élni. Kérdéses volt, hogy szervezetünk elviseli-e az űrhajó extrém gyorsulását és alkalmazkodik-e a drasztikusan megváltoztatott külső körülményhez, a gravitáció elvesztéséhez.

A kérdés puszta felvetését az emberi fejlődés indulálja. Az élőlények evolúciója gravitációs erő jelenlétében folyt le, s az élet évmilliárdokon át a gravitációs körülmények között fejlődött. Ma is alapvető jelentőségű orvos-biológiai probléma maradt, hogy hogyan lehet megőrizni az ember egészségét a hosszan tartó űrutazás alkalmával a világűr különböző megterheléseivel szemben. Fő kutatási területünk a vázizomszövet biokémiai, molekuláris és adaptációs reakcióinak vizsgálata megváltozott terhelés és más károsító tényezők hatására.

A Vosztok-űrhajók bázisán kialakított bioszputnyik
(visszatérő modullal rendelkező automatikus kutató-űrhajó)

Munkacsoportunk több mint húsz éve kapcsolódott be a nemzetközi űrélettani kutatásokba, melyek különleges lehetőséget adnak az egyes életfolyamatok tanulmányozására, a szervek és szervrendszerek működésének jobb megértésére.

A tartós súlytalanság állapota alapvető változásokat idéz elő az emberi szervezetben. Ezek egy részének a kivédése az asztronauta egyéni adottságaitól függ. Nem befolyásolható azonban - legalábbis egyelőre - a nehézségi erő megszűnésének az a hatása, amely az izmok csökkent működéséhez, inaktiválódásához vezet.

A súlytalanság állapotának szimulálása födi körülmények között, csak nagyon rövid ideig és meglehetősen tökéletlenül lehetséges, ezért munkacsoportunknak ki kellett dolgozni, egy olyan modellkísérletet, amely az izomműködéssel kapcsolatos és sikeresen vizsgálni tudjuk a mozgáshiány következtében fellépő izomsorvadás folyamatát. Egészen egyszerű modellként szolgált az évszázadok óta alkalmazott módszer: valamelyik végtag gipszelése.

A súlytalanság gipszkötéses modellezése

Ez az eljárás (immobilizáció), amely lehetővé tette a kényszernyugalomba helyezett végtag izmainak vizsgálatát gipszkötés levétele után. Modellkísérleteinkben kifejlesztettünk egy olyan módszert, amellyel vizsgálni tudjuk a glicerines konzerválással nyert izomrost preparátumok kontraktilis tulajdonságait. Ennek a módszernek a lényege, hogy egy rendkívül érzékeny erőmérő műszer segítségével vizsgálni tudjuk a legyengült és normális izomrostok izomerejét. A kísérletek - amelyeket elsősorban patkányokon végzetünk - azt az eredményt hozták, hogy a testtartást biztosító vörös izmokban jön létre jelentős sorvadás, tehát a mozgáskorlátozás a tónusos izomrostok leépülését és meggyengülését okozza. Vizsgálataink egybehangzóan azt is igazolják, hogy az izomatrófia nemcsak quantitatív, hanem qualitatív változásokat is eredményez az izom funkciójában. Ezeket az eredményeinket biokémiai vizsgálataink is igazolták, miszerint az immobilizáció hatására pár napon belül, az izomfehérjékben jelentős elváltozások következnek be, a lassú izom miozinjában kimutathatóvá válik a gyors izomra jellemző izomfehérje, ami az izom transzformáció jele.

Ezeknek az előkíséreltek az eredményei tették lehetővé, hogy izommintához juthassunk az űrutazásban részt vett kísérleti állatokból. A világon elsőként végeztük el rövid és hosszú ideig tartó súlytalanság hatásának vizsgálatát:
a Kozmosz-1514-es bioszputnyikon a patkányok hat,
a Kozmosz-1667-esen hét,
a Kozmosz-1887-esen tizenkét és fél,
a Kozmosz-2044-esen tizenöt és
a Kozmosz-2229-esen tizennyolc és fél
napig voltak súlytalanság állapotában.

Patkány a súlytalanságban

Megállapítottuk, hogy az űrutazásban részt vett patkányok lassú izomainál, már az ötödik napon nagyon jelentős izomsúly és kontrakció erő csökkenés jött létre, amely a 18,5 napos periódusban progresszíve fokozódik, míg a gyors izomnál a változás nem volt ilyen jelentős. A rövid és hosszú ideig tartó súlytalanságra és a modellkísérletekre is érvényes az a megfigyelésünk, hogy a gyors és lassú izmokra egyaránt jellemző a nagyfokú plaszticitás. A gyors izmok teljes regenerációját állapítottuk meg, míg a lassú izmoknál az általunk vizsgált periódusokban nem volt teljes a regeneráció.

Kozmosz Bioszputnyik visszatérő moduljának mentése

Ezek az eredmények késztettek arra, hogy kutatási programunk megtervezésénél tovább folytassuk a mozgáshiány és izomsorvadás közötti összefüggés tanulmányozását. Szükséges egy olyan ellenintézkedés kifejlesztése, ami megakadályozhatja a gravitációs terhelés megszűnése következtében létrejövő izomsúlyveszteséget. Nem ismerjük az izmok adaptácójának folyamatát, amely akkor alakul ki, amikor a gravitáció megszűnik, továbbá az sem ismert, hogy a gravitáció megszűnése által előidézett izomkárósító hatás megelőzhető-e az elektromos ingerlés alkalmazásával. Jelen és az elkövetkező évek kísérleti célja, azon hipotézisünk tesztelése, mely szerint elektromos ingerléssel kiváltott izom kontrakció megakadályozhatja, illetve csökkentheti az izomsorvadást modell és űrbiológiai kísérletekben.

Dr. Rapcsák Marianna tanszékvezető,
az orvostudományok kandidátusa