Kuinka mikrogravitaatio vaikuttaa astronauttien luihin ja lihaksiin?

Mikropainovoima heikentää sekä luita että lihaksia. Vaikutukset ovat yhteydessä toisiinsa, koska lihasten heikkeneminen nopeuttaa luun heikkenemistä. Tämä voi jättää astronautit pitkäaikaisen lihasten ja luun menetykseen. Mikrogravitaation vaikutusten ymmärtäminen - ja toivottavasti torjuminen - astronauttien luihin ja lihaksiin on kriittinen haaste avaruusmatkalle.

Mikropainovoima heikentää lihaksia monin tavoin, joita tutkittiin Udinen yliopiston Italiassa vuonna 2003 tekemässä tutkimuksessa. Noin 240 päivän jälkeen avaruudessa astronauttien kokonaisvoima putoaa noin 70 prosenttiin lähtövoimastaan. Ihmisen lihaksissa on kahden tyyppisiä lihaskuituja, joihin vaikuttaa hieman eri tavalla, vaikka molemmat heikkenevät. Hitaasti nykivät kuidut heikkenevät suunnilleen samalla nopeudella kuin kokonaislujuus. Nopeat nykimiset lihass kuidut surkastuvat vielä nopeammin, ja noin kuuden kuukauden kuluttua noin 45 prosenttia lähtövoimastaan. Tämä jättää astronauttien lihakset huomattavasti heikentyneiksi. Kummallista, lihasten menetys näyttää tapahtuvan radikaalimmin ylävartalosta, kun taas luukadolla on taipumusta aiheuttaa vakavimpia vaikutuksia alavartaloon.

Mikropainovoima aiheuttaa osteopeniaa, luun tiheyden menetystä, joka on osteoporoosiin liittyvä tila. Itse asiassa kansanterveyden biolääketieteen tutkimuslaitoksen luututkimusten ryhmänjohtaja Dr.Jay Shapiron mukaan "tämän (ongelman) suuruus on saanut NASAn pitämään luukadosta luontaista riskiä laajennetuista avaruuslennoista. "Tämän ongelman pääosa johtuu aktiivisuudesta taso. Normaaleissa olosuhteissa joukko soluja, joita kutsutaan osteoklasteiksi, hajoavat luun toisistaan, kun taas toisen tyyppinen luusolu, osteoblastit, luovat uuden luun samaan aikaan. Osteoblastit reagoivat kuitenkin stressiin ja rakentavat luita sinne, missä keho työntää sitä. Avaruudessa luut tuntevat hyvin vähän stressiä, koska painovoima ei vedä luita ja heikentyneet lihakset aiheuttavat vähemmän stressiä luille. Tämä aiheuttaa vanhan luun repimisen ja uuden luun rakentamisen putoamisen synkronoinnista, mikä johtaa luiden heikkenemiseen. Mutta muutkin tekijät näyttävät vaikuttavan asiaan. Esimerkiksi keholla on taipumus tuottaa epämuodostuneita kollageenikuituja mikropainovoimalla, mikä osaltaan heikentää luun terveyttä.

Kliinisellä tasolla nämä luun ja lihaksen muutokset aiheuttavat monia ongelmia astronauteille. Luuhäviö on voimakkainta ruumiin alaosassa, jossa astronautit voivat menettää 1-2 prosenttia niiden luumassa kuukaudessa, vaikka se näyttää tasoittuvan noin 20 prosentin luuhäviössä pisin avaruuslennot. Luiden ja lihasten heikkeneminen muistuttaa viime kädessä pitkittyneiden lepotilojen vaikutuksia. Astronautit tarvitsevat aikaa mukauttamaan lihaksensa uudelleen maan painovoimaan. Tämän lisäksi veressä kertyy kalsiumia, kun luut menettävät massaansa. Tämä edistää munuaiskiviä astronauteissa.

NASA: lla on käytettävissään useita menetelmiä näiden olosuhteiden torjumiseksi. Ensinnäkin liikunta avaruudessa auttaa vähentämään luukadoa ja lihasheikkoutta. "Räjähtävien" tyyppisten harjoitusten lisääminen äkillisillä liikkeillä voi lisätä liikunnan hyötyä mikrogravitaation pahimpien vaikutusten välttämisessä. Vastaavasti sentrifugissa harjoittelu voi edelleen vähentää mikrogravitaation pitkäaikaisia ​​vaikutuksia ja vahvistaa sydämen lihaksia. Lisäksi astronauttien ruokavalion muutokset ovat osoittaneet lupaavan vähentää mikropainovoiman vaikutuksia luuhun ja lihakseen. Lopuksi NASA on alkanut kokeilla lääkkeiden käyttöä luukadon torjumiseksi. Erityisesti NASA on alkanut antaa astronautteja bisfosfonaattia, lääkettä, jota käytetään maan osteoporoosin hoitoon ja ehkäisyyn. Tutkijat toivovat, että mikropainovoiman luukadon ymmärtäminen voi johtaa parempaan hoitoon maan päällä oleville ihmisille, joilla on luuhäiriöitä, kuten osteoporoosia.