Die Schwerelosigkeit schwächt sowohl Knochen als auch Muskeln. Die Effekte sind miteinander verbunden, da die Schwächung der Muskulatur die Schwächung der Knochen beschleunigt. Dies kann bei Astronauten zu einem langfristigen Muskel- und Knochenverlust führen. Die Auswirkungen der Mikrogravitation auf die Knochen und Muskeln von Astronauten zu verstehen – und hoffentlich zu bekämpfen – stellt eine kritische Herausforderung für die Raumfahrt dar.
Muskelkraft
Die Mikrogravitation schwächt die Muskeln auf verschiedene Weise, die 2003 in einer Studie der Universität Udine in Italien untersucht wurde. Nach etwa 240 Tagen im All sinkt die Gesamtkraft der Astronauten auf etwa 70 Prozent ihrer Ausgangskraft. Menschliche Muskeln haben zwei Arten von Muskelfasern, die etwas unterschiedlich betroffen sind, obwohl beide schwächer werden. Die langsam zuckenden Fasern schwächen sich ungefähr im gleichen Maße wie die Gesamtfestigkeit. Allerdings verkümmern schnell kontrahierende Muskelfasern noch schneller und haben nach etwa sechs Monaten etwa 45 Prozent ihrer Ausgangskraft. Dadurch werden die Muskeln der Astronauten stark geschwächt. Seltsamerweise scheint der Muskelabbau im Oberkörper am radikalsten zu erfolgen, während der Knochenabbau im Unterkörper die gravierendsten Auswirkungen hat.
Knochenschwund
Schwerelosigkeit verursacht Osteopenie, den Verlust der Knochendichte, eine Erkrankung, die mit Osteoporose im Zusammenhang steht. Laut Dr. Jay Shapiro, dem Teamleiter für Knochenstudien am National Space Biomedical Research Institute, "ist das Ausmaß dieses (Problems) hat die NASA dazu veranlasst, Knochenverlust als inhärentes Risiko ausgedehnter Weltraumflüge zu betrachten." Eine Hauptkomponente dieses Problems ergibt sich aus der Aktivität der zellulären Niveau. Unter normalen Bedingungen bricht eine Reihe von Zellen, die Osteoklasten genannt werden, Knochen auseinander, während Osteoblasten, eine andere Art von Knochenzellen, gleichzeitig neuen Knochen bilden. Osteoblasten reagieren jedoch auf Stress und bauen dort Knochen auf, wo der Körper darauf drückt. Im Weltraum fühlen die Knochen nur sehr wenig Stress, da die Schwerkraft nicht an den Knochen zieht und geschwächte Muskeln die Knochen weniger belasten. Dies führt dazu, dass der Prozess des Abbaus alter Knochen und des Aufbaus von neuem Knochen aus dem Takt gerät, was zu geschwächten Knochen führt. Aber auch andere Faktoren scheinen zu dem Problem beizutragen. Zum Beispiel neigt der Körper dazu, in der Schwerelosigkeit missgebildete Kollagenfasern zu produzieren, was zu einer nachlassenden Knochengesundheit beiträgt.
Symptome der Schwerelosigkeit
Auf klinischer Ebene verursachen diese Veränderungen an Knochen und Muskeln viele Probleme für Astronauten. Der Knochenverlust ist in der unteren Körperhälfte am stärksten ausgeprägt, wo Astronauten 1 bis 2 Prozent verlieren können ihre Knochenmasse pro Monat, obwohl sie sich am längsten bei etwa 20 Prozent Knochenverlust einzupendeln scheint Raumflüge. Die Schwächung von Knochen und Muskeln ähnelt letztendlich den Auswirkungen längerer Bettruhe. Astronauten brauchen Zeit, um ihre Muskeln wieder an die Schwerkraft der Erde anzupassen. Darüber hinaus reichert sich Kalzium im Blut an, wenn die Knochen an Masse verlieren. Dies fördert Nierensteine bei Astronauten.
Gesundheitsprobleme bekämpfen
Die NASA verfügt über mehrere Methoden, um diese Bedingungen zu bekämpfen. Erstens hilft Bewegung im Weltraum, Knochenschwund und Muskelschwäche zu verringern. Das Hinzufügen von "explosiven" Übungen mit plötzlichen Bewegungen kann den Nutzen des Trainings bei der Abwehr der schlimmsten Auswirkungen der Mikrogravitation weiter erhöhen. Ebenso kann das Training in einer Zentrifuge die langfristigen Auswirkungen der Schwerelosigkeit weiter reduzieren und die Herzmuskulatur stärken. Darüber hinaus haben sich Änderungen der Ernährung von Astronauten als vielversprechend erwiesen, um die Auswirkungen der Mikrogravitation auf Knochen und Muskeln zu verringern. Schließlich hat die NASA damit begonnen, mit der Verwendung von Medikamenten gegen Knochenschwund zu experimentieren. Insbesondere hat die NASA damit begonnen, Astronauten Bisphosphonat auszugeben, ein Medikament zur Behandlung und Vorbeugung von Osteoporose auf der Erde. Wissenschaftler hoffen, dass das Verständnis des Knochenverlusts durch Mikrogravitation zu einer besseren Behandlung von Menschen auf der Erde mit Knochenerkrankungen wie Osteoporose führen kann.
