Kuidas mõjutab mikrogravitatsioon astronautide luid ja lihaseid?

Mikrogravitatsioon nõrgestab nii luud kui ka lihaseid. Mõju on omavahel seotud, kuna lihase nõrgenemine kiirendab luu nõrgenemist. See võib jätta astronaudid pikaajaliseks lihaste ja luude kaotuseks. Mikrogravitatsiooni mõjude mõistmine astronautide luudele ja lihastele - loodetavasti ka nende vastu võitlemine - on kosmosereiside jaoks kriitiline väljakutse.

Mikrogravitatsioon nõrgestab lihaseid mitmel viisil, mida uuriti 2003. aastal Itaalia Udine'i ülikooli uuringus. Pärast umbes 240 päeva kosmoses langeb astronautide kogu tugevus umbes 70 protsendini nende algjõust. Inimese lihastel on kahte tüüpi lihaskiude, mis mõjutavad veidi erinevalt, kuigi mõlemad nõrgenevad. Aeglaselt tõmbuvad kiud nõrgenevad umbes sama kiirusega kui kogu tugevus. Kiiresti tõmbuvad lihaskiud atroofeeruvad aga veelgi kiiremini ja umbes kuue kuu pärast on nende algtugevusest umbes 45 protsenti. See jätab astronautide lihased tugevalt nõrgaks. Kummalisel kombel näib lihaskaotus kõige radikaalsemalt juhtuvat ülakehas, luukadu aga põhjustab kõige tõsisemaid tagajärgi alakehas.

Mikrogravitatsioon põhjustab osteopeeniat, luutiheduse vähenemist, mis on osteoporoosiga seotud seisund. Tegelikult nõustub dr Jay Shapiro, riikliku kosmose biomeditsiiniliste uuringute instituudi luu-uuringute meeskonna juht, "selle (probleemi) suurus on pannud NASA-d pidama luuhõrenemist pikendatud kosmoselendude olemuslikuks riskiks. "Selle probleemi peamine komponent tuleneb aktiivsusest rakulises tasemel. Normaalsetes tingimustes murrab rakukomplekt, mida nimetatakse osteoklastideks, luu laiali, teist tüüpi luurakkudest moodustavad osteoblastid samal ajal uue luu. Osteoblastid reageerivad aga stressile, luues luu sinna, kuhu keha seda surub. Kosmoses tunnevad luud väga vähe stressi, kuna gravitatsioon ei tõmba luid ja nõrgenenud lihased teevad luudele vähem stressi. See põhjustab vana luu lammutamise ja uue luu ehitamise sünkroonist välja kukkumise, mille tulemuseks on luude nõrgenemine. Kuid näib, et sellele teemale aitavad kaasa ka muud tegurid. Näiteks kipub keha mikrogravitatsioonis tootma väärarenguga kollageenkiude, mis aitab kaasa luude tervise halvenemisele.

Kliinilisel tasandil põhjustavad need muutused luudes ja lihastes astronautidele palju probleeme. Luukadu on kõige rohkem väljendunud keha alumises pooles, kus astronaudid võivad kaotada 1–2 protsenti nende luumass kuus, ehkki see näib kõige kauem ühtlustuvat umbes 20-protsendilise luukadu kosmoselennud. Luu ja lihase nõrgenemine sarnaneb lõpuks pikema voodirežiimi mõjuga. Astronaudid vajavad aega, et lihased uuesti Maa raskusjõu järgi kohandada. Lisaks ladestub veres kaltsium, kuna luud kaotavad massi. See soodustab astronautide neerukive.

NASA-l on nende tingimuste vastu võitlemiseks mitu meetodit. Esiteks aitab treenimine ruumis vähendada luukadu ja lihasnõrkust. Järskude liigutustega "plahvatusohtlike" tüüpi harjutuste lisamine võib veelgi suurendada treeningust saadavat kasu mikrogravitatsiooni halvimate mõjude ärahoidmisel. Samamoodi võib tsentrifuugis harjutamine veelgi vähendada mikrogravitatsiooni pikaajalisi mõjusid ja aidata tugevdada südamelihaseid. Lisaks on astronautide dieedi muudatused lubanud vähendada mikrogravitatsiooni mõju luudele ja lihastele. Lõpuks on NASA hakanud katsetama ravimite kasutamist luukadude vastu võitlemiseks. Täpsemalt on NASA hakanud välja andma astronaudide bisfosfonaati - ravimit, mida kasutatakse osteoporoosi raviks ja ennetamiseks Maal. Teadlased loodavad, et mikrogravitatsiooniga luukadude mõistmine võib viia paremaks raviks maakeral luuhäiretega nagu osteoporoos.