Mikrogravitace oslabuje kosti i svaly. Účinky jsou vzájemně propojeny, protože oslabení svalu urychluje oslabení kostí. To může astronautům zanechat dlouhodobý úbytek svalů a kostí. Pochopení - a doufejme, že i potírání - účinků mikrogravitace na kosti a svaly astronautů představuje zásadní výzvu pro cestování vesmírem.
Svalová síla
Mikrogravitace oslabuje svaly několika způsoby, které byly zkoumány ve studii z roku 2003 na italské univerzitě v Udine. Po zhruba 240 dnech ve vesmíru celková síla astronautů klesla na přibližně 70 procent jejich počáteční síly. Lidské svaly mají dva typy svalových vláken, které jsou ovlivněny mírně odlišně, i když oba oslabují. Vlákna s pomalým škubnutím oslabují přibližně stejnou rychlostí jako celková síla. Rychlá svalová vlákna však atrofují ještě rychleji a zhruba po šesti měsících mají přibližně 45 procent své počáteční síly. To zanechává svaly astronautů velmi oslabené. Kupodivu se zdá, že k úbytku svalů dochází nejradikálněji v horní části těla, zatímco úbytek kostní hmoty má tendenci způsobovat nejzávažnější účinky v dolní části těla.
Ztráta kostí
Mikrogravitace způsobuje osteopenii, ztrátu kostní denzity, stav související s osteoporózou. Ve skutečnosti, podle Dr. Jay Shapira, vedoucího týmu pro studium kostí v Národním kosmickém biomedicínském výzkumném ústavu, „rozsah tohoto (problému) vedl NASA k tomu, že úbytek kostí považoval za inherentní riziko prodloužených letů do vesmíru. “Hlavní složka tohoto problému pramení z aktivity na buňce úroveň. Za normálních podmínek sada buněk zvaných osteoklasty rozbíjí kosti od sebe, zatímco jiný typ kostní buňky, osteoblasty vytvářejí novou kost současně. Osteoblasty však reagují na stres a vytvářejí kosti tam, kde na ně tělo tlačí. Ve vesmíru kosti pociťují velmi malý stres, protože gravitace na kosti nepůsobí a oslabené svaly kosti méně zatěžují. To způsobí, že proces strhávání staré kosti a budování nové kosti vypadne ze synchronizace, což má za následek oslabení kostí. Zdá se však, že k problému přispívají i další faktory. Například tělo má tendenci produkovat malformovaná kolagenová vlákna v mikrogravitaci, což přispívá ke zhoršení zdraví kostí.
Příznaky mikrogravitace
Na klinické úrovni tyto změny kostí a svalů způsobují astronautům mnoho problémů. Ztráta kostní hmoty je nejvýraznější v dolní polovině těla, kde mohou astronauti ztratit 1 až 2 procenta jejich kostní hmota za měsíc, i když se zdá, že se nejdelší ustálila na přibližně 20% úbytku kostní hmoty vesmírné lety. Oslabení kostí a svalů se nakonec podobá účinkům prodloužené doby odpočinku v posteli. Astronauti potřebují čas, aby znovu přizpůsobili své svaly gravitaci Země. Kromě toho se v krvi hromadí vápník, protože kosti ztrácejí hmotu. Tím se podporují ledvinové kameny u astronautů.
Řešení zdravotních problémů
NASA má k dispozici několik metod boje proti těmto podmínkám. Za prvé, cvičení ve vesmíru pomáhá snižovat úbytek kostní hmoty a svalovou slabost. Přidání cviků „výbušného“ typu s náhlými pohyby může dále zvýšit výhodu cvičení při odstraňování nejhorších účinků mikrogravitace. Podobně cvičení v odstředivce může dále snížit dlouhodobé účinky mikrogravitace a pomoci posílit svaly srdce. Kromě toho se ukázalo, že změny ve stravě astronautů slibují snížení účinků mikrogravitace na kosti a svaly. A konečně, NASA začala experimentovat s používáním léků k boji proti úbytku kostní hmoty. Konkrétně NASA začala vydávat astronauty bisfosfonát, lék používaný k léčbě a prevenci osteoporózy na Zemi. Vědci doufají, že porozumění úbytku kostní hmoty mikrogravitací se může promítnout do lepší léčby lidí na Zemi s poruchami kostí, jako je osteoporóza.