Hur påverkar mikrogravitation astronauternas ben och muskler?

Mikrogravitation försvagar både ben och muskler. Effekterna är sammankopplade, eftersom muskelförsvagningen påskyndar benförsvagningen. Detta kan lämna astronauter med långvarig muskel- och benförlust. Att förstå - och förhoppningsvis bekämpa - effekterna av mikrogravitation på astronauternas ben och muskler utgör en kritisk utmaning för rymdresor.

Mikrogravitation försvagar musklerna på flera sätt, vilket undersöktes i en studie från 2003 av University of Udine i Italien. Efter cirka 240 dagar i rymden sjunker astronauternas totala styrka till cirka 70 procent av deras startstyrka. Mänskliga muskler har två typer av muskelfibrer, som påverkas något annorlunda, men båda försvagas. De långsamma fibrerna försvagas i ungefär samma takt som total styrka. Men snabba muskelfibrer atrofi ännu snabbare, och efter cirka sex månader har cirka 45 procent av sin startstyrka. Detta lämnar astronauternas muskler kraftigt försvagade. Märkligt nog verkar muskelförlust ske radikalt i överkroppen, medan benförlust tenderar att orsaka de allvarligaste effekterna i underkroppen.

Mikrogravitation orsakar osteopeni, förlust av bentäthet, ett tillstånd relaterat till osteoporos. Enligt Dr. Jay Shapiro, lagledare för benstudier vid National Space Biomedical Research Institute, "omfattningen av detta (problem) har lett till att NASA anser att benförlust är en inneboende risk för utökade rymdflygningar. ”En viktig komponent i detta problem härrör från aktivitet i mobiltelefonen nivå. Under normala förhållanden bryter en uppsättning celler som kallas osteoklaster från varandra medan en annan typ av benceller, osteoblaster, skapar nytt ben samtidigt. Men osteoblaster svarar på stress och bygger upp ben där kroppen trycker på det. I rymden känner benen mycket lite stress, eftersom tyngdkraften inte drar i benen och försvagade muskler lägger mindre stress på benen. Detta gör att processen att riva ner gamla ben och bygga nytt ben faller ur synk, vilket resulterar i försvagade ben. Men andra faktorer verkar också bidra till frågan. Till exempel tenderar kroppen att producera missbildade kollagenfibrer i mikrogravitation, vilket bidrar till minskad benhälsa.

På klinisk nivå orsakar dessa förändringar i ben och muskler många problem för astronauter. Benförlusten är mest uttalad i den nedre halvan av kroppen, där astronauter kan förlora 1 till 2 procent av deras benmassa per månad, men det verkar plana ut med cirka 20 procent benförlust längst rymdflygningar. Försvagningen av ben och muskler liknar i slutändan effekterna av långa perioder av sängstöd. Astronauter behöver tid för att anpassa sina muskler till jordens allvar. Utöver detta byggs kalcium upp i blodet när ben förlorar massa. Detta främjar njurstenar i astronauter.

NASA har flera metoder för att bekämpa dessa förhållanden. För det första hjälper träning i rymden att minska benförlust och muskelsvaghet. Att lägga till "explosiva" övningar av typ med plötsliga rörelser kan ytterligare öka nyttan av träning för att avvärja de värsta effekterna av mikrogravitation. På samma sätt kan träning i en centrifug ytterligare minska de långsiktiga effekterna av mikrogravitation och bidra till att stärka hjärtats muskler. Dessutom har förändringar i astronauternas diet visat ett löfte när det gäller att minska effekterna av mikrogravitation på ben och muskler. Slutligen har NASA börjat experimentera med att använda mediciner för att bekämpa benförlust. Specifikt har NASA börjat utfärda astronauter bisfosfonat, ett läkemedel som används för att behandla och förhindra osteoporos på jorden. Forskare hoppas att förståelse av mikrogravitation benförlust kan översättas till bättre behandling för människor på jorden med benstörningar som osteoporos.