Πώς επηρεάζει η μικροβαρύτητα τα οστά και τους μυς των αστροναυτών;

Η μικροβαρύτητα αποδυναμώνει τόσο το οστό όσο και το μυ. Τα αποτελέσματα αλληλοσυνδέονται, καθώς η αποδυνάμωση των μυών επιταχύνει την αποδυνάμωση των οστών. Αυτό μπορεί να αφήσει τους αστροναύτες με μακροχρόνια απώλεια μυών και οστών. Η κατανόηση - και ελπίζουμε να καταπολεμήσουμε - τις επιπτώσεις της μικροβαρύτητας στα οστά και τους μυς των αστροναυτών αποτελεί κρίσιμη πρόκληση για το διαστημικό ταξίδι.

Η μικροβαρύτητα αποδυναμώνει τους μύες με διάφορους τρόπους, οι οποίοι διερευνήθηκαν σε μελέτη του 2003 από το Πανεπιστήμιο του Ούντινε στην Ιταλία. Μετά από περίπου 240 ημέρες στο διάστημα, η συνολική δύναμη των αστροναυτών μειώνεται στο 70% περίπου της αρχικής τους δύναμης. Οι ανθρώπινοι μύες έχουν δύο τύπους μυϊκών ινών, οι οποίες επηρεάζονται ελαφρώς διαφορετικά, αν και οι δύο εξασθενούν. Οι ίνες αργής συστροφής εξασθενούν περίπου στον ίδιο ρυθμό με τη συνολική αντοχή. Ωστόσο, οι ίνες μυών με γρήγορη συστροφή ατροφούν ακόμη πιο γρήγορα και μετά από περίπου έξι μήνες έχουν περίπου το 45% της αρχικής τους δύναμης. Αυτό αφήνει τους μυς των αστροναυτών να εξασθενίσουν πολύ. Περιέργως, η απώλεια μυών φαίνεται να συμβαίνει πιο ριζικά στο άνω μέρος του σώματος, ενώ η απώλεια οστών τείνει να προκαλεί τις πιο σοβαρές επιπτώσεις στο κάτω μέρος του σώματος.

Η μικροβαρύτητα προκαλεί οστεοπενία, απώλεια οστικής πυκνότητας, κατάσταση που σχετίζεται με την οστεοπόρωση. Στην πραγματικότητα, σύμφωνα με τον Δρ Jay Shapiro, επικεφαλής της ομάδας για μελέτες οστών στο Εθνικό Ινστιτούτο Διαστημικής Βιοϊατρικής Έρευνας, "το μέγεθος αυτού (πρόβλημα) οδήγησε τη NASA να θεωρήσει την απώλεια οστών ως εγγενή κίνδυνο εκτεταμένων διαστημικών πτήσεων. "Ένα σημαντικό συστατικό σε αυτό το πρόβλημα πηγάζει από τη δραστηριότητα στην κυτταρική επίπεδο. Υπό κανονικές συνθήκες, ένα σύνολο κυττάρων που ονομάζονται οστεοκλάστες διασπώνται τα οστά, ενώ ένας άλλος τύπος κυττάρου οστού, οι οστεοβλάστες δημιουργούν ταυτόχρονα νέο οστό. Ωστόσο, οι οστεοβλάστες ανταποκρίνονται στο άγχος, δημιουργώντας οστά όπου το σώμα ωθεί πάνω του. Στο διάστημα, τα οστά αισθάνονται πολύ λίγο άγχος, καθώς η βαρύτητα δεν τραβάει τα οστά και οι εξασθενημένοι μύες ασκούν λιγότερη πίεση στα οστά. Αυτό προκαλεί τη διαδικασία της κατάρριψης παλαιού οστού και της οικοδόμησης νέου οστού να πέσει εκτός συγχρονισμού, με αποτέλεσμα εξασθενημένα οστά. Αλλά και άλλοι παράγοντες φαίνεται να συμβάλλουν και στο ζήτημα. Για παράδειγμα, ο οργανισμός τείνει να παράγει ίνες κολλαγόνου σε μορφή μικροβαρύτητας, που συμβάλλει στη μείωση της υγείας των οστών.

Σε κλινικό επίπεδο, αυτές οι αλλαγές στα οστά και τους μυς προκαλούν πολλά προβλήματα στους αστροναύτες. Η απώλεια οστών είναι πιο έντονη στο κάτω μισό του σώματος, όπου οι αστροναύτες μπορεί να χάσουν 1 έως 2 τοις εκατό του την οστική μάζα τους ανά μήνα, αν και φαίνεται να μειώνεται κατά περίπου 20 τοις εκατό απώλεια οστού το πολύ διαστημικές πτήσεις. Η αποδυνάμωση των οστών και των μυών μοιάζει τελικά με τα αποτελέσματα παρατεταμένων περιόδων ανάπαυσης στο κρεβάτι. Οι αστροναύτες χρειάζονται χρόνο για να προσαρμόσουν εκ νέου τους μυς τους στη βαρύτητα της Γης. Επιπλέον, το ασβέστιο συσσωρεύεται στο αίμα καθώς τα οστά χάνουν μάζα. Αυτό προάγει τις πέτρες στα νεφρά στους αστροναύτες.

Η NASA διαθέτει πολλές μεθόδους για την καταπολέμηση αυτών των καταστάσεων. Πρώτον, η άσκηση στο διάστημα βοηθά στη μείωση της απώλειας οστού και της μυϊκής αδυναμίας. Η προσθήκη "εκρηκτικών" ασκήσεων τύπου με ξαφνικές κινήσεις μπορεί να αυξήσει περαιτέρω το όφελος της άσκησης στην αποτροπή των χειρότερων επιπτώσεων της μικροβαρύτητας. Ομοίως, η άσκηση σε φυγόκεντρο μπορεί να μειώσει περαιτέρω τα μακροπρόθεσμα αποτελέσματα της μικροβαρύτητας και να βοηθήσει στην ενίσχυση των μυών της καρδιάς. Επιπλέον, οι αλλαγές στη διατροφή των αστροναυτών έχουν δείξει υπόσχεση για τη μείωση των επιπτώσεων της μικροβαρύτητας στα οστά και τους μυς. Τέλος, η NASA άρχισε να πειραματίζεται με τη χρήση φαρμάκων για την καταπολέμηση της οστικής απώλειας. Συγκεκριμένα, η NASA έχει αρχίσει να εκδίδει αστροναύτες διφωσφονικό, ένα φάρμακο που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία και την πρόληψη της οστεοπόρωσης στη Γη. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι η κατανόηση της απώλειας οστικής μικροβαρύτητας μπορεί να μεταφραστεί σε καλύτερη θεραπεία για άτομα στη γη με οστικές διαταραχές όπως η οστεοπόρωση.