Новости науки 29.11.01 Благоприятные вибрации

По программе, финансируемой NASA, врачи изучают новую методику лечения, которая могла бы полностью предотвратить потери костной массы, испытываемую астронавтами в космосе.

"Что не используется, то теряется". Это правило физических тренировок применимо в космосе так же, как и на Земле, и, возможно, там это даже важнее. Кости и мышцы космонавтов, освобожденные от привычных нагрузок, обусловленных гравитацией, могут атрофироваться до опасного предела. Мышечная атрофия сопровождается потерей массы костей и их возрастающей ломкостью.

Уменьшение мышечной атрофии и тренировка сердечно-сосудистой системы требует большого количества физических упражнений. В полете, космонавты в целях профилактики проводят специальные комплексы физических упражнений с силовыми нагрузками, обеспечиваемыми применением эспандеров, беговых дорожек с притягивающими туловище устройствами, велоэнергометров и т.д. Также на орбитальных станциях применялись индивидуальные нагрузочные костюмы, создающие постоянную осевую нагрузку на скелет и мышечную систему. Но, к сожалению, такие "контрмеры" не решают полностью проблему потери прочности кости. Несмотря на то, что космонавты усиленно тренируются, их скелеты продолжают постепенно ослабляться. Это было трудной проблемой для исследователей.

Но теперь, возможно, найдено решение: ученые предлагают для предотвращения потерь космонавтами и астронавтами кости, стоять на слегка вибрирующей пластине, от 10 до 20 минут каждый день. Кстати, во время подобной процедуры, придерживаемые при помощи упругих ремней, люди могли бы продолжать работать над другими задачами.

Такой же вид терапии, говорят ученые, вообще-то мог бы быть использован и здесь, на Земле, для лечения миллионов людей, страдающих от потери костной массы, называемой остеопороз. Это системное заболевание скелета, при котором потеря минерального вещества кости сопровождается изнашиванием белкового и других матриксных компонентов кости. Такая потеря массы костей и разрушение микроархитектоники костной ткани приводят к увеличению хрупкости кости и повышают риск переломов. Остеопороз в основном поражает женщин в постменопаузе, но болеют им также и мужчины. Это очень распространенное заболевание как в развитых, так и в развивающихся странах, причем частота остеопороза быстро растет. В настоящее время, по данным Всемирной организации здравоохранения, остеопороз занимает четвертое место среди неинфекционных заболеваний после болезней сердечно-сосудистой системы, онкологических заболеваний и сахарного диабета, а частота переломов, связанных с остеопорозом, во всем мире имеет тенденцию к увеличению. В США, например, страдает остеопорозом более 20% женщин старше 50 лет и более 6% мужчин старше 65 лет.

Стефан Джудекс (Stefan Judex), доцент биомедицинских разработок при Государственном университете Нью-Йорка (SUNY) в Стони Брук, который участвовал в исследованиях, рассказывал: "Колебания пластины очень слабы, она вибрирует с частотой 90 Герц (1 Герц = 1 цикл в секунду), при этом каждое короткое колебание, придает телу ускорение эквивалентное трети Земной гравитации. Если коснуться пластины пальцем, то можно почувствовать очень слабую вибрацию, а если просто смотреть на пластину, то вообще не возможно уловить никакой вибрации".

Хотя колебания едва различимы, они серьезно влияли на потерю костей у лабораторных животных, таких как индюки, овцы и крысы. В одном из исследований (согласно данным, опубликованным в октябрьском 2001г. выпуске The FASEB Journal), всего лишь 10-ти минутная вибротерапия в день, обеспечивает почти нормальные характеристики формирования костей у крыс, у которых снималась весовая нагрузка на задние конечности в течение всего остального времени суток. У другой группы крыс, задние лапы которых были подвешены в течение суток, отмечалось сильно выраженное снижение показателей формирования костей - ниже на 92 %. В то время как у крыс, которые испытывали по 10 минут в день обычную весовую нагрузку, но без воздействия вибрации, все-таки, уменьшилось формирование кости на 61 %.

Эти результаты показывают, что воздействие вибрации сохраняет кости здоровыми, в то время как короткое время воздействия веса не делает это возможным. Клинтон Рубин (Clinton Rubin), профессор биомедицинских разработок в SUNY и руководитель исследований, однако оговорился, что потребуется большее количество экспериментов прежде, чем ученые убедятся, что вибротерапия эффективна для людей. Животные отличаются от людей. Да и среди людей имеются значительные вариации, например в питании и генетическом строении. Что эффективно для женщин в постменопаузе может и не быть эффективным для астронавтов в космосе.

На недавних клинических тестах по вибрационной терапии "Фаза I/II", исследователи применили такой способ лечения к 60-ти женщинам в постменопаузе. В настоящее время проводятся также исследования на девушках-подростках с очень низкой плотностью костей, и на детях с церебральным параличом.

"Первые результаты лечения женщин в постменопаузе очень вдохновляют, но они пока только предварительны. Для определения эффективности, нам будут нужны более масштабные клиническое испытания, проводимые в течение более длинного периода времени." - Сказал Клинтон Рубин.

В настоящее время организуются более широкие клинические испытания "Стадия III", которые обеспечат четкие показатели эффективности лечения для широких слоев населения, страдающих остеопорозом. Будут ли астронавтами использоваться благодатные вибропластины - вопрос пока открытый и ответ на него может быть дан только после проведения экспериментов в космосе. Ученые вышли с предложением о проведении таких тестов, но пока они все же не запланированы.

Рубин надеется, что будущие эксперименты покажут не только сработает ли вибротерапия вообще, но также и почему. Это остается загадкой, поскольку такое лечение не совсем укладывается в рамки существовавших представлений. В настоящее время, большинство исследователей полагает, что нагрузки воздействующие на кости, например, при поднятии тяжестей или сильных физических нагрузках, подают сигналы клеткам, формирующим кости, посредством некоторого неизвестного химического механизма, на формирование минеральных кристаллов, укрепляющих кости. Согласно этому мнению, панацеей от потерь кости в космосе должны быть изнуряющие занятия с плечевым эспандером и эластичными шнурами, обеспечивающими замену веса тела.

К сожалению, это не срабатывает. Комплексы упражнений, которые астронавты выполняют на орбите, продемонстрировали некоторую возможность уменьшения мышечной атрофии, но на потери кости они влияют слабо.

Рубин предполагает, что, возможно, свое влияние на формирование костей оказывают не только ограниченное число больших нагрузок, но также и намного меньшие, высокочастотные колебания, прикладываемые через гибкие мышцы при обычных действиях вроде стояния или ходьбы.

Внешне мышцы при напряжении сокращаются постепенно и непрерывно - подобно натяжению растягиваемой пружины. Но на самом деле сокращение мышц более сложно. Отдельные мышечные клетки (по всей длине скелетных мышц) не могут обеспечивать постоянное напряжение - они могут только совершать быстрые "подергивания". Чтобы создавать постоянное напряжение, мозг активизирует группы мышечных клеток внутри мышцы (так называемые "моторные единицы") в быстром, повторяющемся порядке.

Можно почувствовать эти тонкие колебания, если сесть и положить руки на бедра. Небольшая дрожь мышц бедра - это и есть последовательное сокращение моторных единиц мышц. Частота таких сокращений колеблется от 10 до 100 Герц. Для сравнения: на эксперименте с крысами использовалась вибрация 90 Герц, а на экспериментах с людьми использовалась колебания в 30 Герц.

Гипотеза ученых, работающих под руководством Рубина, заключается в том, что ключевым регулятором костной массы и морфологии являются механические стимулы, идущие от мышечных сокращений. Только вместо больших, интенсивных деформаций кости, применяется множество малых деформаций, которые обеспечивают главный стимул для роста кости.

В то время как физические упражнения в космосе могут создавать некоторые из этих сигналов, невесомость, по существу, сводит их на нет, в течение большей части суток. Вибрационное воздействие вызывает намного большее число сигналов в этом диапазоне частот, и предполагается, что воздействие высокочастотных сигналов по 10 минут в день достаточно для обеспечения сигнальной активности для поддержания костей в исправности.

Этот метод - явный отход от общепринятой теории того, как механические сигналы влияют на кости, и он конечно спорен. Однако, он может сработать. Благоприятные вибрации - неожиданны и спорны, но могут оказаться ключом к оздоровлению костей на Земле и вне ее.

перейти к началу страницы