Hoe beïnvloedt microzwaartekracht de botten en spieren van astronauten?

Microzwaartekracht verzwakt zowel botten als spieren. De effecten zijn met elkaar verbonden, aangezien de verzwakking van spieren de verzwakking van het bot versnelt. Dit kan astronauten achterlaten met langdurig spier- en botverlies. Het begrijpen - en hopelijk bestrijden - van de effecten van microzwaartekracht op de botten en spieren van astronauten vormt een cruciale uitdaging voor ruimtereizen.

Microzwaartekracht verzwakt de spieren op verschillende manieren, wat werd onderzocht in een onderzoek uit 2003 door de Universiteit van Udine in Italië. Na ongeveer 240 dagen in de ruimte daalt de totale kracht van astronauten tot ongeveer 70 procent van hun startkracht. Menselijke spieren hebben twee soorten spiervezels, die enigszins verschillend worden beïnvloed, hoewel beide verzwakken. De slow-twitch-vezels verzwakken met ongeveer dezelfde snelheid als de totale sterkte. Fast-twitch spiervezels atrofiëren echter nog sneller en hebben na ongeveer zes maanden ongeveer 45 procent van hun startkracht. Hierdoor zijn de spieren van astronauten sterk verzwakt. Vreemd genoeg lijkt spierverlies het meest radicaal in het bovenlichaam te gebeuren, terwijl botverlies de ernstigste effecten in het onderlichaam veroorzaakt.

Microzwaartekracht veroorzaakt osteopenie, het verlies van botdichtheid, een aandoening die verband houdt met osteoporose. In feite, in overeenstemming met Dr. Jay Shapiro, de teamleider voor botstudies bij het National Space Biomedical Research Institute, "de omvang van dit (probleem) heeft NASA ertoe gebracht botverlies te beschouwen als een inherent risico van uitgebreide ruimtevluchten." Een belangrijk onderdeel van dit probleem komt voort uit activiteit op de cellulaire niveau. Onder normale omstandigheden breekt een reeks cellen, osteoclasten genaamd, bot af, terwijl een ander type botcel, osteoblasten, tegelijkertijd nieuw bot creëren. Osteoblasten reageren echter op stress en bouwen bot op waar het lichaam erop drukt. In de ruimte voelen botten heel weinig stress, omdat de zwaartekracht niet aan botten trekt en verzwakte spieren minder stress op botten leggen. Dit zorgt ervoor dat het proces van het afbreken van oud bot en het opbouwen van nieuw bot niet synchroon loopt, wat resulteert in verzwakte botten. Maar ook andere factoren lijken bij te dragen aan het probleem. Het lichaam heeft bijvoorbeeld de neiging misvormde collageenvezels te produceren in microzwaartekracht, wat bijdraagt ​​aan een afnemende gezondheid van de botten.

Op klinisch niveau veroorzaken deze veranderingen in botten en spieren veel problemen voor astronauten. Het botverlies is het meest uitgesproken in de onderste helft van het lichaam, waar een astronaut 1 tot 2 procent kan verliezen hun botmassa per maand, hoewel het in het langst lijkt af te vlakken met ongeveer 20 procent botverlies loss ruimtevluchten. De verzwakking van botten en spieren lijkt uiteindelijk op de effecten van langdurige bedrust. Astronauten hebben tijd nodig om hun spieren opnieuw aan te passen aan de zwaartekracht van de aarde. Bovendien hoopt calcium zich op in het bloed als botten massa verliezen. Dit bevordert nierstenen bij astronauten.

NASA heeft verschillende methoden tot zijn beschikking om deze aandoeningen te bestrijden. Ten eerste helpt lichaamsbeweging in de ruimte om botverlies en spierzwakte te verminderen. Het toevoegen van "explosieve" oefeningen met plotselinge bewegingen kan het voordeel van lichaamsbeweging verder vergroten om de ergste effecten van microzwaartekracht af te wenden. Evenzo kan trainen in een centrifuge de langetermijneffecten van microzwaartekracht verder verminderen en de spieren van het hart helpen versterken. Bovendien zijn veranderingen in het dieet van astronauten veelbelovend gebleken bij het verminderen van de effecten van microzwaartekracht op botten en spieren. Ten slotte is NASA begonnen te experimenteren met het gebruik van medicijnen om botverlies tegen te gaan. In het bijzonder is NASA begonnen met het uitgeven van bisfosfonaat voor astronauten, een medicijn dat wordt gebruikt om osteoporose op aarde te behandelen en te voorkomen. Wetenschappers hopen dat het begrijpen van botverlies door microzwaartekracht zich kan vertalen in een betere behandeling voor mensen op aarde met botaandoeningen zoals osteoporose.