Mikrogravitation svækker både knogler og muskler. Virkningerne er indbyrdes forbundne, da svækkelsen af muskler fremskynder svækkelsen af knoglen. Dette kan efterlade astronauter med langvarig muskel- og knogletab. At forstå - og forhåbentlig bekæmpe - virkningerne af mikrogravitation på astronauts knogler og muskler udgør en kritisk udfordring for rumrejser.
Muskelstyrke
Mikrogravitation svækker musklerne på flere måder, som blev undersøgt i en undersøgelse fra 2003 af University of Udine i Italien. Efter cirka 240 dage i rummet falder astronauternes samlede styrke til omkring 70 procent af deres startstyrke. Menneskelige muskler har to typer muskelfibre, som påvirkes lidt forskelligt, skønt begge svækkes. De langsomme trækfibre svækkes med omtrent samme hastighed som total styrke. Imidlertid atrofi muskelfibre hurtigere endnu hurtigere, og har efter cirka seks måneder cirka 45 procent af deres startstyrke. Dette efterlader astronauternes muskler stærkt svækkede. Mærkeligt nok synes muskeltab at ske mest radikalt i overkroppen, mens knogletab har tendens til at forårsage de mest alvorlige virkninger i underkroppen.
Knogletab
Mikrogravitation forårsager osteopeni, tab af knogletæthed, en tilstand relateret til osteoporose. I overensstemmelse med Dr. Jay Shapiro, holdlederen for knoglestudier ved National Space Biomedical Research Institute, "størrelsen af dette (problem) har ført til, at NASA betragter knogletab som en iboende risiko for udvidede rumflyvninger. "En vigtig komponent i dette problem stammer fra aktivitet i det mobile niveau. Under normale forhold bryder et sæt celler kaldet osteoklaster knogler fra hinanden, mens en anden type knoglecelle osteoblaster skaber ny knogle på samme tid. Imidlertid reagerer osteoblaster på stress og opbygger knogler, hvor kroppen skubber på det. I rummet føler knogler meget lidt stress, da tyngdekraften ikke trækker på knogler og svækkede muskler lægger mindre stress på knogler. Dette får processen til at nedbryde gammel knogle og opbygge ny knogle til at falde ud af synk, hvilket resulterer i svækkede knogler. Men andre faktorer synes også at bidrage til problemet. For eksempel har kroppen en tendens til at producere misdannede kollagenfibre i mikrogravitation, hvilket bidrager til faldende knoglesundhed.
Symptomer på mikrogravitation
På det kliniske niveau forårsager disse ændringer i knogler og muskler astronauter mange problemer. Knogletabet er mest udtalt i den nedre halvdel af kroppen, hvor astronauter kan miste 1 til 2 procent af deres knoglemasse pr. måned, selvom det ser ud til at udjævne sig med omkring 20 procent knogletab længst rumflyvninger. Svækkelsen af knogler og muskler ligner i sidste ende virkningerne af længere perioder med sengeleje. Astronauter har brug for tid til at tilpasse deres muskler til Jordens tyngdekraft. Oven på dette opbygges calcium i blodet, da knogler mister masse. Dette fremmer nyresten i astronauter.
Bekæmpelse af sundhedsproblemer
NASA har flere metoder til rådighed for at bekæmpe disse forhold. For det første hjælper træning i rummet med at mindske knogletab og muskelsvaghed. Tilføjelse af "eksplosive" øvelser med pludselige bevægelser kan yderligere øge fordelen ved motion ved at afværge de værste virkninger af mikrogravitation. På samme måde kan træning i en centrifuge yderligere reducere de langsigtede virkninger af mikrogravitation og hjælpe med at styrke hjertets muskler. Derudover har ændringer i astronauternes diæt vist sig lovende med at mindske virkningen af mikrogravitation på knogler og muskler. Endelig er NASA begyndt at eksperimentere med at bruge medicin til at bekæmpe knogletab. Specifikt er NASA begyndt at udstede astronauter bisphosphonat, en medicin, der bruges til behandling og forebyggelse af osteoporose på jorden. Forskere håber, at forståelse af mikrogravitation knogletab kan oversættes til bedre behandling for mennesker på jorden med knoglelidelser som osteoporose.