Как микрогравитация влияет на кости и мышцы космонавтов?

Микрогравитация ослабляет и кости, и мышцы. Эффекты взаимосвязаны, поскольку ослабление мышц ускоряет ослабление костей. Это может привести к длительной потере мышц и костей у космонавтов. Понимание - и, надеюсь, борьба - с воздействием микрогравитации на кости и мышцы космонавтов представляет собой серьезную проблему для космических путешествий.

Микрогравитация ослабляет мышцы несколькими способами, которые были изучены в исследовании 2003 года, проведенном Университетом Удине в Италии. Примерно через 240 дней в космосе общая сила космонавтов падает примерно до 70 процентов от их исходной силы. В мышцах человека есть два типа мышечных волокон, на которые воздействуют несколько по-разному, хотя оба они ослабевают. Медленно сокращающиеся волокна ослабевают примерно с той же скоростью, что и общая сила. Однако быстро сокращающиеся мышечные волокна атрофируются еще быстрее и примерно через шесть месяцев имеют около 45 процентов своей исходной силы. Это сильно ослабляет мышцы космонавтов. Любопытно, что потеря мышечной массы чаще всего происходит в верхней части тела, в то время как потеря костной массы, как правило, вызывает наиболее серьезные последствия в нижней части тела.

Микрогравитация вызывает остеопению, потерю плотности костей, состояние, связанное с остеопорозом. Фактически, согласно доктору Джею Шапиро, руководителю группы исследований костей в Национальном институте космических биомедицинских исследований, «масштабы этой (проблемы) заставило НАСА рассматривать потерю костной массы как неотъемлемый риск длительных космических полетов ». Главный компонент этой проблемы проистекает из активности клеточных уровень. В нормальных условиях набор клеток, называемых остеокластами, разрушает кость, в то время как другой тип костных клеток, остеобласты, одновременно создает новую кость. Однако остеобласты реагируют на стресс, создавая кость там, где тело давит на нее. В космосе кости испытывают очень небольшую нагрузку, поскольку сила тяжести не действует на кости, а ослабленные мышцы оказывают меньшее давление на кости. Это вызывает рассинхронизацию процесса разрушения старой кости и построения новой кости, что приводит к ослаблению костей. Но, похоже, этому способствуют и другие факторы. Например, в условиях микрогравитации организм вырабатывает деформированные волокна коллагена, что способствует ухудшению здоровья костей.

На клиническом уровне эти изменения костей и мышц вызывают множество проблем у космонавтов. Потеря костной массы наиболее выражена в нижней половине тела, где космонавты могут потерять от 1 до 2 процентов костной ткани. их костная масса в месяц, хотя, похоже, она стабилизируется на уровне около 20% потери костной массы в самый космические полеты. Ослабление костей и мышц в конечном итоге напоминает последствия длительного постельного режима. Астронавтам нужно время, чтобы заново приспособить свои мышцы к гравитации Земли. Вдобавок ко всему, кальций накапливается в крови по мере того, как кости теряют массу. Это способствует образованию камней в почках у космонавтов.

У НАСА есть несколько методов борьбы с этими условиями. Во-первых, упражнения в космосе помогают уменьшить потерю костной массы и мышечную слабость. Добавление упражнений «взрывного» типа с резкими движениями может еще больше повысить эффективность упражнений в предотвращении наихудших эффектов микрогравитации. Точно так же упражнения в центрифуге могут еще больше уменьшить долгосрочные эффекты микрогравитации и помочь укрепить мышцы сердца. Кроме того, изменения в диете космонавтов показали многообещающее уменьшение воздействия микрогравитации на кости и мышцы. Наконец, НАСА начало экспериментировать с использованием лекарств для борьбы с потерей костной массы. В частности, НАСА начало выдавать астронавтам бисфосфонат - лекарство, используемое для лечения и профилактики остеопороза на Земле. Ученые надеются, что понимание потери костной массы в условиях микрогравитации может привести к лучшему лечению людей на Земле с заболеваниями костей, такими как остеопороз.