La microgravità indebolisce sia le ossa che i muscoli. Gli effetti sono interconnessi, poiché l'indebolimento dei muscoli accelera l'indebolimento delle ossa. Questo può lasciare agli astronauti una perdita muscolare e ossea a lungo termine. Comprendere e, si spera, combattere gli effetti della microgravità sulle ossa e sui muscoli degli astronauti rappresenta una sfida fondamentale per i viaggi nello spazio.
Forza muscolare
La microgravità indebolisce i muscoli in diversi modi, che sono stati esplorati in uno studio del 2003 dell'Università di Udine in Italia. Dopo circa 240 giorni nello spazio, la forza totale degli astronauti scende a circa il 70% della loro forza iniziale. I muscoli umani hanno due tipi di fibre muscolari, che sono interessate in modo leggermente diverso, sebbene entrambi si indeboliscano. Le fibre a contrazione lenta si indeboliscono all'incirca alla stessa velocità della forza totale. Tuttavia, le fibre muscolari a contrazione rapida si atrofizzano ancora più rapidamente e dopo circa sei mesi hanno circa il 45 percento della loro forza iniziale. Questo lascia i muscoli degli astronauti notevolmente indeboliti. Curiosamente, la perdita muscolare sembra avvenire più radicalmente nella parte superiore del corpo, mentre la perdita ossea tende a causare gli effetti più gravi nella parte inferiore del corpo.
Perdita di massa ossea
La microgravità provoca osteopenia, la perdita di densità ossea, una condizione correlata all'osteoporosi. Infatti, secondo il Dr. Jay Shapiro, il team leader per gli studi sulle ossa presso il National Space Biomedical Research Institute, "l'entità di questo (problema) ha portato la NASA a considerare la perdita ossea un rischio intrinseco di voli spaziali prolungati." Una componente importante di questo problema deriva dall'attività a livello cellulare livello. In condizioni normali, un insieme di cellule chiamate osteoclasti rompono l'osso mentre un altro tipo di cellula ossea, gli osteoblasti, creano contemporaneamente nuovo osso. Tuttavia, gli osteoblasti rispondono allo stress, accumulando osso dove il corpo spinge su di esso. Nello spazio, le ossa sentono pochissimo stress, poiché la gravità non tira le ossa e i muscoli indeboliti mettono meno stress sulle ossa. Ciò fa sì che il processo di demolizione del vecchio osso e la costruzione di nuovo osso non siano sincronizzati, con conseguente indebolimento delle ossa. Ma anche altri fattori sembrano contribuire al problema. Ad esempio, il corpo tende a produrre fibre di collagene malformate in condizioni di microgravità, il che contribuisce a peggiorare la salute delle ossa.
Sintomi di microgravità
A livello clinico, questi cambiamenti alle ossa e ai muscoli causano molti problemi agli astronauti. La perdita ossea è più pronunciata nella metà inferiore del corpo, dove un astronauta può perdere dall'1 al 2 percento di la loro massa ossea al mese, anche se sembra stabilizzarsi intorno al 20 percento di perdita ossea nel più lungo Voli spaziali. L'indebolimento delle ossa e dei muscoli in definitiva assomiglia agli effetti di periodi prolungati di riposo a letto. Gli astronauti hanno bisogno di tempo per riadattare i loro muscoli alla gravità terrestre. Inoltre, il calcio si accumula nel sangue quando le ossa perdono massa. Questo promuove i calcoli renali negli astronauti.
Contrastare i problemi di salute
La NASA ha diversi metodi a sua disposizione per combattere queste condizioni. Innanzitutto, l'esercizio nello spazio aiuta a ridurre la perdita ossea e la debolezza muscolare. L'aggiunta di esercizi di tipo "esplosivo" con movimenti improvvisi può aumentare ulteriormente il beneficio dell'esercizio nell'allontanare i peggiori effetti della microgravità. Allo stesso modo, l'esercizio in una centrifuga può ridurre ulteriormente gli effetti a lungo termine della microgravità e aiutare a rafforzare i muscoli del cuore. Inoltre, le modifiche alla dieta degli astronauti si sono dimostrate promettenti nel ridurre gli effetti della microgravità su ossa e muscoli. Infine, la NASA ha iniziato a sperimentare l'uso di farmaci per combattere la perdita ossea. Nello specifico, la NASA ha iniziato a rilasciare per gli astronauti il bifosfonato, un farmaco usato per curare e prevenire l'osteoporosi sulla Terra. Gli scienziati sperano che la comprensione della perdita ossea dovuta alla microgravità possa tradursi in un trattamento migliore per le persone sulla terra con disturbi ossei come l'osteoporosi.