Kaip mikrogravitacija veikia astronautų kaulus ir raumenis?

Mikrogravitacija silpnina ir kaulus, ir raumenis. Poveikis yra tarpusavyje susijęs, nes raumenų silpnėjimas greitina kaulo silpnėjimą. Tai gali palikti astronautus ilgalaikiam raumenų ir kaulų netekimui. Suprasti ir, tikiuosi, kovoti su mikrogravitacijos poveikiu astronautų kaulams ir raumenims yra kritinis iššūkis kelionėms į kosmosą.

Mikrogravitacija silpnina raumenis keliais būdais, kuriuos 2003 m. Ištyrė Udinės universitetas Italijoje. Po maždaug 240 dienų kosmose astronautų bendra jėga sumažėja iki maždaug 70 procentų jų pradinės jėgos. Žmogaus raumenys turi dviejų rūšių raumenų skaidulas, kurios yra paveiktos šiek tiek skirtingai, nors abi silpnėja. Lėtai trūkčiojantys pluoštai silpnėja maždaug tokiu pat greičiu kaip ir visa jėga. Tačiau greitai trūkčiojančios raumenų skaidulos atrofuojasi dar greičiau ir maždaug po šešių mėnesių jų pradinė jėga yra apie 45 proc. Dėl to astronautų raumenys labai susilpnėjo. Keista, atrodo, kad radikaliausia raumenų praradimas vyksta radikaliausiai viršutinėje kūno dalyje, o kaulų netekimas dažniausiai sukelia rimčiausius padarinius apatinėje kūno dalyje.

Mikrogravitacija sukelia osteopeniją, kaulų tankio praradimą, būklę, susijusią su osteoporoze. Tiesą sakant, sutinkant su dr. Jay Shapiro, Nacionalinio kosmoso biomedicinos tyrimų instituto kaulų tyrimų vadovu, „šios (problemos) mastas paskatino NASA kaulų praradimą laikyti prailgintu kosminių skrydžių pavojumi. "Pagrindinį šios problemos komponentą lemia veikla ląstelių lygiu. Normaliomis sąlygomis ląstelių, vadinamų osteoklastais, rinkinys skaido kaulą, o kito tipo kaulų ląstelės - osteoblastai - tuo pačiu metu sukuria naują kaulą. Tačiau osteoblastai reaguoja į stresą ir kaupia kaulą ten, kur kūnas jį stumia. Erdvėje kaulai jaučia labai mažai streso, nes gravitacija netraukia kaulų, o susilpnėję raumenys kaulams kelia mažiau streso. Dėl to senas kaulas nugriaunamas ir statomas naujas kaulas iškrenta iš sinchronizacijos, todėl kaulai susilpnėja. Tačiau atrodo, kad prie šio klausimo prisideda ir kiti veiksniai. Pavyzdžiui, organizmas mikrogravitacijoje linkęs gaminti netinkamai suformuotas kolageno skaidulas, kurios prisideda prie kaulų sveikatos blogėjimo.

Klinikiniu lygmeniu šie kaulų ir raumenų pokyčiai sukelia daug problemų astronautams. Kaulų nykimas ryškiausias apatinėje kūno pusėje, kur astronautai gali prarasti 1–2 proc jų kaulų masės per mėnesį, nors atrodo, kad ilgiausiai ji sumažėja maždaug 20 proc kosminiai skrydžiai. Kaulų ir raumenų susilpnėjimas galiausiai primena ilgalaikio lovos poilsio padarinius. Astronautams reikia laiko, kad jie vėl pritaikytų savo raumenis prie Žemės traukos. Be to, kalcis kaupiasi kraujyje, nes kaulai praranda masę. Tai skatina astronautų inkstų akmenis.

NASA turi keletą būdų kovoti su šiomis sąlygomis. Pirma, mankšta kosmose padeda sumažinti kaulų nykimą ir raumenų silpnumą. Pridedant „sprogstamojo“ tipo pratimus staigiais judesiais, galima dar labiau padidinti mankštos naudą siekiant išvengti blogiausio mikrogravitacijos poveikio. Panašiai mankšta centrifugoje gali dar labiau sumažinti ilgalaikį mikrogravitacijos poveikį ir padėti sustiprinti širdies raumenis. Be to, astronautų dietos pokyčiai parodė, kad sumažės mikrogravitacijos poveikis kaulams ir raumenims. Galiausiai NASA pradėjo eksperimentuoti naudodama vaistus kovai su kaulų nykimu. Konkrečiai, NASA pradėjo leisti astronautus bisfosfonatus - vaistus, vartojamus osteoporozei Žemėje gydyti ir užkirsti kelią. Mokslininkai tikisi, kad mikrogravitacinio kaulų praradimo supratimas gali padėti geriau gydyti žmones žemėje, turintiems kaulų sutrikimų, tokių kaip osteoporozė.