كيف تؤثر الجاذبية الصغرى على عظام وعضلات رواد الفضاء؟

تُضعف الجاذبية الصغرى كلاً من العظام والعضلات. الآثار مترابطة ، لأن ضعف العضلات يسرع من ضعف العظام. هذا يمكن أن يترك رواد الفضاء يعانون من فقدان العضلات والعظام على المدى الطويل. يمثل فهم تأثيرات الجاذبية الصغرى على عظام رواد الفضاء وعضلاتهم - ومكافحتها - تحديًا بالغ الأهمية للسفر إلى الفضاء.

تُضعف الجاذبية الصغرى العضلات بعدة طرق تم استكشافها في دراسة أجرتها جامعة أوديني في إيطاليا عام 2003. بعد حوالي 240 يومًا في الفضاء ، تنخفض القوة الإجمالية لرواد الفضاء إلى حوالي 70 بالمائة من قوتهم في البداية. تحتوي عضلات الإنسان على نوعين من الألياف العضلية ، والتي تتأثر بشكل مختلف قليلاً ، على الرغم من ضعف كلاهما. تضعف ألياف النتوء البطيء بنفس معدل القوة الكلية تقريبًا. ومع ذلك ، فإن ضمور الألياف العضلية سريع النتوءات ينمو بسرعة أكبر ، وبعد حوالي ستة أشهر يكون لديهم حوالي 45 في المائة من قوتهم الأولية. هذا يترك عضلات رواد الفضاء ضعيفة للغاية. من الغريب أن فقدان العضلات يبدو أنه يحدث بشكل جذري في الجزء العلوي من الجسم ، بينما يميل فقدان العظام إلى التسبب في أخطر الآثار في الجزء السفلي من الجسم.

تسبب الجاذبية الصغرى هشاشة العظام ، وفقدان كثافة العظام ، وهي حالة مرتبطة بهشاشة العظام. في الواقع ، وفقًا للدكتور جاي شابيرو ، رئيس فريق دراسات العظام في المعهد الوطني لأبحاث الطب الحيوي في الفضاء ، "حجم هذه (المشكلة)" وقد دفعت وكالة ناسا إلى اعتبار فقدان العظام خطرًا ملازمًا لرحلات الفضاء الممتدة. "وينبع أحد المكونات الرئيسية في هذه المشكلة من النشاط في الخلية مستوى. في ظل الظروف العادية ، تقوم مجموعة من الخلايا تسمى ناقضات العظم بتفتيت العظام بينما نوع آخر من الخلايا العظمية ، بانيات العظم تخلق عظامًا جديدة في نفس الوقت. ومع ذلك ، تستجيب بانيات العظم للإجهاد ، وتبني العظام حيث يضغط عليها الجسم. في الفضاء ، تشعر العظام بقليل من الإجهاد ، لأن الجاذبية لا تسحب العظام وتضع العضلات الضعيفة ضغطًا أقل على العظام. يؤدي هذا إلى سقوط عملية هدم العظام القديمة وبناء عظام جديدة ، مما يؤدي إلى ضعف العظام. لكن يبدو أن هناك عوامل أخرى تساهم في المشكلة أيضًا. على سبيل المثال ، يميل الجسم إلى إنتاج ألياف الكولاجين المشوهة في الجاذبية الصغرى ، مما يساهم في تدهور صحة العظام.

على المستوى السريري ، تسبب هذه التغييرات في العظام والعضلات العديد من المشاكل لرواد الفضاء. يكون فقدان العظام أكثر وضوحًا في النصف السفلي من الجسم ، حيث قد يفقد رواد الفضاء ما بين 1 إلى 2 بالمائة من الجسم كتلة عظامهم شهريًا ، على الرغم من أنها تستقر عند حوالي 20 بالمائة من فقدان العظام في الأطول رحلات الفضاء. ضعف العظام والعضلات يشبه في النهاية تأثيرات فترات الراحة الطويلة في الفراش. يحتاج رواد الفضاء إلى وقت لإعادة تكييف عضلاتهم مع جاذبية الأرض. علاوة على ذلك ، يتراكم الكالسيوم في الدم حيث تفقد العظام الكتلة. هذا يعزز حصوات الكلى عند رواد الفضاء.

لدى ناسا عدة طرق تحت تصرفها لمكافحة هذه الظروف. أولاً ، تساعد التمارين في الفضاء على تقليل فقدان العظام وضعف العضلات. قد تؤدي إضافة التمارين من النوع "المتفجر" مع الحركات المفاجئة إلى زيادة فائدة التمرين في تجنب أسوأ آثار الجاذبية الصغرى. وبالمثل ، فإن ممارسة الرياضة في جهاز طرد مركزي يمكن أن تقلل من الآثار طويلة المدى للجاذبية الصغرى وتساعد على تقوية عضلات القلب. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت التغييرات في النظام الغذائي لرواد الفضاء نتائج واعدة في تقليل آثار الجاذبية الصغرى على العظام والعضلات. أخيرًا ، بدأت وكالة ناسا في تجربة استخدام الأدوية لمكافحة فقدان العظام. على وجه التحديد ، بدأت وكالة ناسا بإصدار دواء بيسفوسفونات لرواد الفضاء ، وهو دواء يستخدم لعلاج ومنع هشاشة العظام على الأرض. يأمل العلماء أن يُترجم فهم فقدان العظام بسبب الجاذبية الصغرى إلى علاج أفضل للأشخاص الذين يعانون من اضطرابات العظام مثل هشاشة العظام.