Как влияе микрогравитацията на костите и мускулите на астронавтите?

Микрогравитацията отслабва както костите, така и мускулите. Ефектите са взаимосвързани, тъй като отслабването на мускулите ускорява отслабването на костите. Това може да остави астронавтите с дългосрочна загуба на мускули и кост. Разбирането - и надявам се борбата - ефектите на микрогравитацията върху костите и мускулите на астронавтите представлява критично предизвикателство за космическите пътувания.

Микрогравитацията отслабва мускулите по няколко начина, които са изследвани в проучване от 2003 г. от университета в Удине в Италия. След около 240 дни в космоса общата сила на астронавтите спада до около 70 процента от началната им сила. Човешките мускули имат два вида мускулни влакна, които са засегнати малко по различен начин, макар че и двете отслабват. Бавно потрепващите влакна отслабват с приблизително същата скорост като общата якост. Бързото потрепване на мускулните влакна обаче атрофира още по-бързо и след около шест месеца има около 45 процента от началната си сила. Това оставя мускулите на астронавтите силно отслабени. Любопитното е, че загубата на мускулна маса изглежда се случва най-радикално в горната част на тялото, докато загубата на кост обикновено води до най-сериозните ефекти в долната част на тялото.

Микрогравитацията причинява остеопения, загуба на костна плътност, състояние, свързано с остеопороза. Всъщност, според д-р Джей Шапиро, ръководител на екипа за изследване на костите в Националния космически биомедицински изследователски институт, „величината на това (проблем) е накарал НАСА да смята загубата на кост за присъщ риск от продължителни космически полети. "Основен компонент в този проблем произтича от активността в клетъчната ниво. При нормални условия набор от клетки, наречени остеокласти, разбиват костите, докато друг тип костни клетки, остеобластите създават нова кост едновременно. Остеобластите обаче реагират на стрес, изграждайки кости, където тялото ги натиска. В космоса костите изпитват много малко стрес, тъй като гравитацията не дърпа костите и отслабените мускули поставят по-малко стрес върху костите. Това кара процесът на разрушаване на старата кост и изграждането на нова кост да изпадне в синхрон, което води до отслабване на костите. Но изглежда, че и други фактори допринасят за проблема. Например, тялото има тенденция да произвежда деформирани колагенови влакна в микрогравитация, което допринася за влошаване на здравето на костите.

На клинично ниво тези промени в костите и мускулите създават много проблеми на космонавтите. Костната загуба е най-силно изразена в долната половина на тялото, където астронавтите могат да загубят 1 до 2 процента от тяхната костна маса на месец, макар че изглежда, че се изравнява с около 20% костна загуба най-дълго космически полети. Отслабването на костите и мускулите в крайна сметка прилича на ефектите от продължителните периоди на почивка в леглото. Астронавтите се нуждаят от време, за да адаптират отново мускулите си към гравитацията на Земята. На всичкото отгоре калцият се натрупва в кръвта, тъй като костите губят маса. Това насърчава камъни в бъбреците при астронавтите.

НАСА разполага с няколко метода за борба с тези условия. Първо, упражненията в космоса помагат за намаляване на костната загуба и мускулната слабост. Добавянето на „експлозивни“ упражнения от типа с резки движения може допълнително да увеличи ползата от упражненията за предотвратяване на най-лошите ефекти от микрогравитацията. По същия начин упражненията в центрофуга могат допълнително да намалят дългосрочните ефекти на микрогравитацията и да спомогнат за укрепването на мускулите на сърцето. Освен това промените в диетата на астронавтите показаха обещание за намаляване на ефектите на микрогравитацията върху костите и мускулите. И накрая, НАСА започна да експериментира с използването на лекарства за борба със загубата на костна маса. По-конкретно, НАСА започна да издава астронавти бисфосфонат, лекарство, използвано за лечение и профилактика на остеопороза на Земята. Учените се надяват, че разбирането на костната загуба на микрогравитация може да се превърне в по-добро лечение за хората на земята с костни заболявания като остеопороза.