Kā mikrogravitācija ietekmē astronautu kaulus un muskuļus?

Mikrogravitācija vājina gan kaulus, gan muskuļus. Ietekme ir savstarpēji saistīta, jo muskuļu vājināšanās paātrina kaulu vājināšanos. Tas var atstāt astronautus ar ilgstošu muskuļu un kaulu zudumu. Mikrogravitācijas ietekmes uz astronautu kauliem un muskuļiem izpratne un, cerams, apkarošana, ir kritisks izaicinājums ceļojumiem kosmosā.

Mikrogravitācija muskuļus vājina vairākos veidos, kurus 2003. gadā pētīja Udīnes universitāte Itālijā. Pēc aptuveni 240 dienām kosmosā astronautu kopējais spēks samazinās līdz aptuveni 70 procentiem no viņu sākuma spēka. Cilvēka muskuļos ir divu veidu muskuļu šķiedras, kuras ietekmē nedaudz atšķirīgi, lai gan tās vājina. Lēni raustošās šķiedras vājina apmēram tādā pašā ātrumā kā kopējais stiprums. Tomēr ātri raustošās muskuļu šķiedras atrofējas vēl ātrāk, un pēc aptuveni sešiem mēnešiem to sākumpunkts ir aptuveni 45 procenti. Tas astronautu muskuļus stipri novājina. Interesanti, ka muskuļu izkrišana visradikālāk notiek ķermeņa augšdaļā, savukārt kaulu izkrišana mēdz izraisīt visnopietnākās sekas ķermeņa lejasdaļā.

Mikrogravitācija izraisa osteopēniju, kaulu blīvuma zudumu, stāvokli, kas saistīts ar osteoporozi. Patiesībā, saskaņā ar Dr Jay Shapiro, Nacionālā kosmosa biomedicīnas pētījumu institūta kaulu pētījumu grupas vadītāju, "šīs (problēmas) lielums ir licis NASA uzskatīt kaulu zudumu par neatņemamu kosmosa lidojumu risku. "Galvenais šīs problēmas komponents izriet no aktivitātes šūnu līmenī. Normālos apstākļos šūnu kopums, ko sauc par osteoklastiem, salauž kaulus, bet cita veida kaulu šūnas - osteoblasti vienlaikus rada jaunu kaulu. Tomēr osteoblasti reaģē uz stresu, veidojot kaulu vietā, kur ķermenis to nospiež. Kosmosā kauli izjūt ļoti maz stresa, jo gravitācija kaulus nevelk, un novājināti muskuļi kauliem rada mazāku stresu. Tas noved pie tā, ka vecā kaula nojaukšana un jauna kaula veidošana izkritīs no sinhronizācijas, kā rezultātā kauli būs novājināti. Bet šķiet, ka šo jautājumu veicina arī citi faktori. Piemēram, ķermenis mikrogravitācijā mēdz ražot nepareizas kolagēna šķiedras, kas veicina kaulu veselības pasliktināšanos.

Klīniskajā līmenī šīs izmaiņas kaulā un muskuļos astronautiem sagādā daudz problēmu. Kaulu masas samazināšanās visizteiktākā ir ķermeņa lejasdaļā, kur astronauti var zaudēt no 1 līdz 2 procentiem to kaulu masa mēnesī, lai gan šķiet, ka visilgāk tā izlīdzinās ar aptuveni 20 procentiem kosmosa lidojumi. Kaulu un muskuļu vājināšanās galu galā atgādina ilgstoša gultas režīma sekas. Astronautiem ir vajadzīgs laiks, lai muskuļus atkal pielāgotu Zemes gravitācijai. Papildus tam kalcijs uzkrājas asinīs, jo kauli zaudē masu. Tas veicina nierakmeņu rašanos astronautos.

NASA rīcībā ir vairākas metodes, lai apkarotu šos apstākļus. Pirmkārt, vingrinājumi kosmosā palīdz mazināt kaulu zudumu un muskuļu vājumu. Pievienojot "sprādzienbīstamus" vingrinājumus ar pēkšņām kustībām, jūs varat vēl vairāk palielināt vingrinājumu priekšrocības, novēršot vissmagākās mikrogravitācijas sekas. Līdzīgi vingrinājumi centrifūgā var vēl vairāk samazināt mikrogravitācijas ilgtermiņa ietekmi un palīdzēt stiprināt sirds muskuļus. Turklāt astronautu uztura izmaiņas ir solījušas mazināt mikrogravitācijas ietekmi uz kauliem un muskuļiem. Visbeidzot, NASA ir sākusi eksperimentēt ar zāļu lietošanu, lai apkarotu kaulu zudumu. Konkrēti, NASA ir sākusi izdot astronautus bifosfonātus, medikamentus, ko lieto osteoporozes ārstēšanai un novēršanai uz Zemes. Zinātnieki cer, ka mikrogravitācijas kaulu zuduma izpratne var palīdzēt labāk ārstēt cilvēkus uz zemes ar kaulu traucējumiem, piemēram, osteoporozi.