Kako mikrogravitacija utječe na kosti i mišiće astronauta?

Mikrogravitacija slabi i kosti i mišiće. Učinci su međusobno povezani, jer slabljenje mišića ubrzava slabljenje kostiju. To može ostaviti astronaute dugotrajnim gubitkom mišića i kostiju. Razumijevanje - i nadamo se borba - učinaka mikrogravitacije na kosti i mišiće astronauta predstavlja kritični izazov za svemirska putovanja.

Mikrogravitacija oslabljuje mišiće na nekoliko načina, što je istraženo u studiji Sveučilišta Udine u Italiji 2003. godine. Nakon otprilike 240 dana u svemiru, ukupna snaga astronauta pada na oko 70 posto početne snage. Ljudski mišići imaju dvije vrste mišićnih vlakana, na koja utječu malo različito, iako oba slabe. Vlakna s polaganim trzajima slabe otprilike jednakom brzinom kao i ukupna čvrstoća. Međutim, brza mišićna vlakna još brže atrofiraju i nakon otprilike šest mjeseci imaju oko 45 posto početne snage. Zbog toga su mišići astronauta jako oslabljeni. Zanimljivo je da se čini da se gubitak mišića najradikalnije događa u gornjem dijelu tijela, dok gubitak kosti obično uzrokuje najozbiljnije posljedice u donjem dijelu tijela.

Mikrogravitacija uzrokuje osteopeniju, gubitak gustoće kostiju, stanje povezano s osteoporozom. Zapravo, prema dr. Jayu Shapiru, vođi tima za studije kostiju na Nacionalnom svemirskom biomedicinskom istraživačkom institutu, "veličina ovog (problema) je naveo NASA-u da gubitak kosti smatra inherentnim rizikom produženih svemirskih letova. "Glavna komponenta ovog problema proizlazi iz aktivnosti na staničnom nivo. U normalnim uvjetima, skup stanica nazvan osteoklasti rastavljaju kosti, dok druga vrsta koštanih stanica, osteoblasti, istodobno stvaraju novu kost. Međutim, osteoblasti reagiraju na stres gradeći kost tamo gdje je tijelo tjera na nju. U svemiru kosti osjećaju vrlo malo stresa, jer gravitacija ne vuče kosti, a oslabljeni mišići manje opterećuju kosti. To dovodi do toga da proces rušenja stare kosti i izgradnje nove kosti ne uspijeva, što rezultira slabljenjem kostiju. Ali čini se da i drugi čimbenici doprinose tom pitanju. Na primjer, tijelo nastoji stvarati nepravilno oblikovana kolagenska vlakna u mikrogravitaciji, što pridonosi smanjenju zdravlja kostiju.

Na kliničkoj razini, ove promjene na kosti i mišićima astronautima stvaraju brojne probleme. Gubitak kostiju najizraženiji je u donjoj polovici tijela, gdje astronauti mogu izgubiti 1 do 2 posto njihove koštane mase mjesečno, iako se čini da najduže izravna nivo od oko 20 posto svemirske letove. Slabljenje kostiju i mišića u konačnici nalikuje učincima duljih razdoblja odmora u krevetu. Astronautima treba vremena da ponovno prilagode svoje mišiće gravitaciji Zemlje. Povrh svega, kalcij se nakuplja u krvi dok kosti gube na masi. Ovo promovira bubrežne kamence kod astronauta.

NASA na raspolaganju ima nekoliko metoda za borbu protiv ovih stanja. Prvo, vježbanje u svemiru pomaže smanjiti gubitak kostiju i slabost mišića. Dodavanje vježbi "eksplozivnog" tipa naglim pokretima može dodatno povećati korist od vježbanja u sprečavanju najgorih učinaka mikrogravitacije. Slično tome, vježbanje u centrifugi može dodatno smanjiti dugoročne učinke mikrogravitacije i pomoći u jačanju mišića srca. Uz to, promjene u prehrani astronauta pokazale su obećanja u smanjenju učinaka mikrogravitacije na kosti i mišiće. Na kraju, NASA je počela eksperimentirati s upotrebom lijekova u borbi protiv gubitka kostiju. Točnije, NASA je počela izdavati astronaute bisfosfonat, lijek koji se koristi za liječenje i prevenciju osteoporoze na Zemlji. Znanstvenici se nadaju da bi razumijevanje gubitka kostiju u mikrogravitaciji moglo prevesti u bolji tretman za ljude na zemlji s koštanim poremećajima poput osteoporoze.