Ako mikrogravitácia ovplyvňuje kosti a svaly astronautov?

Mikrogravitácia oslabuje kosti aj svaly. Účinky sú vzájomne prepojené, pretože oslabenie svalov urýchľuje oslabenie kostí. Toto môže astronautom zanechať dlhodobý úbytok svalov a kostí. Pochopenie - a dúfajme, že aj boj - účinkov mikrogravitácie na kosti a svaly astronautov predstavuje zásadnú výzvu pre vesmírne cestovanie.

Mikrogravitácia oslabuje svaly niekoľkými spôsobmi, ktoré boli preskúmané v štúdii z roku 2003 na univerzite v Udine v Taliansku. Po asi 240 dňoch vo vesmíre celková sila astronautov klesá na asi 70 percent ich počiatočnej sily. Ľudské svaly majú dva typy svalových vlákien, ktoré sú ovplyvnené mierne odlišne, hoci oba slabnú. Pomaly sa trhajúce vlákna slabnú približne rovnako rýchlo ako celková sila. Rýchle zášklby svalových vlákien však atrofujú ešte rýchlejšie a zhruba po šiestich mesiacoch majú zhruba 45 percent svojej počiatočnej sily. Toto zanecháva svaly astronautov veľmi oslabené. Kupodivu sa zdá, že k úbytku svalov dochádza najradikálnejšie v hornej časti tela, zatiaľ čo úbytok kostnej hmoty má tendenciu mať najvážnejšie následky v dolnej časti tela.

Mikrogravitácia spôsobuje osteopéniu, stratu kostnej denzity, stav súvisiaci s osteoporózou. V skutočnosti, podľa Dr. Jay Shapira, vedúceho tímu pre štúdie kostí v Národnom inštitúte pre biomedicínsky výskum vesmíru, „veľkosť tohto (problému) viedol NASA k tomu, že úbytok kostnej hmoty považuje za inherentné riziko letov do predĺženého vesmíru. “Hlavným komponentom tohto problému je aktivita na bunkovej úrovni. úrovni. Za normálnych podmienok skupina buniek nazývaných osteoklasty rozdeľuje kosti, zatiaľ čo iný typ kostnej bunky, osteoblasty vytvárajú novú kosť súčasne. Osteoblasty však reagujú na stres a vytvárajú kosti tam, kde na ne tlačí telo. Vo vesmíre kosti cítia veľmi malý stres, pretože gravitácia neťahuje kosti a oslabené svaly kosti menej zaťažujú. To spôsobí, že proces strhávania starej kosti a vytvárania novej kosti vypadne zo synchronizácie, čo vedie k oslabeniu kostí. Zdá sa však, že k problému prispievajú aj ďalšie faktory. Napríklad telo má tendenciu produkovať deformované kolagénové vlákna v mikrogravitácii, čo prispieva k zhoršeniu zdravia kostí.

Na klinickej úrovni spôsobujú tieto zmeny kostí a svalov astronautom mnoho problémov. Strata kostnej hmoty je najvýraznejšia v dolnej polovici tela, kde môžu astronauti stratiť 1 až 2 percentá ich kostnej hmoty za mesiac, aj keď sa zdá, že sa ustáli asi na 20 percentách úbytku kostnej hmoty za najdlhšie vesmírne lety. Oslabenie kostí a svalov sa nakoniec podobá účinkom dlhodobého odpočinku v posteli. Astronauti potrebujú čas, aby svoje svaly znovu prispôsobili gravitácii Zeme. Okrem toho sa vápnik hromadí v krvi, pretože kosti strácajú hmotnosť. Toto podporuje obličkové kamene u astronautov.

NASA má na boj proti týmto podmienkam k dispozícii niekoľko metód. Po prvé, cvičenie vo vesmíre pomáha znižovať úbytok kostnej hmoty a svalovú slabosť. Pridanie cvikov „výbušného“ typu s náhlymi pohybmi môže ďalej zvýšiť výhodu cvičenia pri eliminácii najhorších účinkov mikrogravitácie. Podobne môže cvičenie v odstredivke ďalej znižovať dlhodobé účinky mikrogravitácie a prispievať k posilňovaniu svalov srdca. Dodatočne sa ukázalo, že zmeny v stravovaní astronautov sľubujú zníženie účinkov mikrogravitácie na kosti a svaly. A konečne, NASA začala experimentovať s používaním liekov na boj proti úbytku kostnej hmoty. Konkrétne NASA začala vydávať astronautom bisfosfonát, liek používaný na liečbu a prevenciu osteoporózy na Zemi. Vedci dúfajú, že pochopenie úbytku kostí mikrogravitáciou sa môže prejaviť v lepšej liečbe ľudí na Zemi s poruchami kostí, ako je osteoporóza.