Hvordan påvirker mikrogravitasjon bein og muskler fra astronauter?

Mikrogravity svekker både bein og muskler. Effektene er sammenkoblet, siden svekkelse av muskler fremmer svekkelse av bein. Dette kan etterlate astronauter med langvarige tap av muskler og bein. Å forstå - og forhåpentligvis å bekjempe - effekten av mikrogravitasjon på astronauters bein og muskler gir en kritisk utfordring for romfart.

Mikrogravity svekker muskler på flere måter, som ble utforsket i en studie fra 2003 av University of Udine i Italia. Etter omtrent 240 dager i verdensrommet faller astronautenes totale styrke til omtrent 70 prosent av startstyrken. Menneskelige muskler har to typer muskelfibre, som påvirkes litt annerledes, men begge svekkes. De langsomme trekkfibrene svekkes omtrent med samme hastighet som total styrke. Imidlertid atrofi muskelfibre atrofi enda raskere, og har etter omtrent seks måneder omtrent 45 prosent av startstyrken. Dette etterlater astronautens muskler sterkt svekket. Merkelig, musketap ser ut til å skje mest radikalt i overkroppen, mens bentap har en tendens til å forårsake de alvorligste effektene i underkroppen.

Mikrogravitasjon forårsaker osteopeni, tap av bentetthet, en tilstand relatert til osteoporose. I samsvar med Dr. Jay Shapiro, teamleder for beinstudier ved National Space Biomedical Research Institute, "størrelsen på dette (problemet) har fått NASA til å betrakte bentap som en iboende risiko for utvidede romflygninger. "En hovedkomponent i dette problemet stammer fra aktivitet i mobilnettet nivå. Under normale forhold bryter et sett med celler kalt osteoklaster bein fra hverandre, mens en annen type beincelle, osteoblaster, skaper nytt bein samtidig. Imidlertid reagerer osteoblaster på stress og bygger opp bein der kroppen presser på det. I rommet føles bein veldig lite stress, siden tyngdekraften ikke trekker på bein og svekkede muskler legger mindre stress på bein. Dette fører til at prosessen med å rive ned gammelt bein og bygge nytt bein faller ut av synkronisering, noe som resulterer i svekkede bein. Men andre faktorer ser ut til å bidra til problemet også. For eksempel har kroppen en tendens til å produsere misdannede kollagenfibre i mikrogravitasjon, noe som bidrar til avtagende beinhelse.

På klinisk nivå forårsaker disse endringene i bein og muskler mange problemer for astronauter. Beintapet er mest uttalt i den nedre halvdelen av kroppen, der astronauter kan miste 1 til 2 prosent av deres beinmasse per måned, selv om det ser ut til å jevne seg ut med rundt 20 prosent bentap lengst romflyging. Svekkelsen av bein og muskler ligner til slutt effekten av lengre perioder med sengeleie. Astronauter trenger tid til å tilpasse musklene sine til jordens tyngdekraft. På toppen av dette bygger kalsium seg opp i blodet ettersom bein mister masse. Dette fremmer nyrestein hos astronauter.

NASA har flere metoder til rådighet for å bekjempe disse forholdene. For det første hjelper trening i rommet med å redusere bentap og muskelsvakhet. Å legge til "eksplosive" øvelser med plutselige bevegelser kan ytterligere øke fordelen med trening for å avverge de verste effektene av mikrogravitasjon. Tilsvarende kan trening i en sentrifuge ytterligere redusere de langsiktige effektene av mikrogravitasjon og bidra til å styrke hjertets muskler. I tillegg har endringer i kostholdene til astronauter vist et løfte om å redusere effekten av mikrogravitasjon på bein og muskler. Til slutt har NASA begynt å eksperimentere med bruk av medisiner for å bekjempe bentap. Spesielt har NASA begynt å utstede astronauter bisfosfonat, en medisin som brukes til å behandle og forhindre osteoporose på jorden. Forskere håper at forståelse av mikrogravitasjon bentap kan føre til bedre behandling for mennesker på jorden med beinlidelser som osteoporose.