แรงโน้มถ่วงต่ำส่งผลต่อกระดูกและกล้ามเนื้อของนักบินอวกาศอย่างไร?

สภาวะไร้น้ำหนักทำให้กระดูกและกล้ามเนื้ออ่อนแอลง ผลกระทบจะเชื่อมโยงถึงกัน เนื่องจากกล้ามเนื้อที่อ่อนตัวลงจะทำให้กระดูกอ่อนตัวเร็วขึ้น สิ่งนี้อาจทำให้นักบินอวกาศสูญเสียกล้ามเนื้อและกระดูกในระยะยาว การทำความเข้าใจและการต่อสู้ด้วยความหวัง ผลกระทบของสภาวะไร้น้ำหนักต่อกระดูกและกล้ามเนื้อของนักบินอวกาศถือเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับการเดินทางในอวกาศ

สภาวะไร้น้ำหนักทำให้กล้ามเนื้ออ่อนแรงได้หลายวิธี ซึ่งสำรวจในการศึกษาในปี 2546 โดยมหาวิทยาลัยอูดีเนในอิตาลี หลังจากอยู่ในอวกาศประมาณ 240 วัน กำลังทั้งหมดของนักบินอวกาศจะลดลงเหลือประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ของกำลังเริ่มต้น กล้ามเนื้อของมนุษย์มีเส้นใยกล้ามเนื้อสองประเภท ซึ่งได้รับผลกระทบต่างกันเล็กน้อย แม้ว่าทั้งสองจะอ่อนแอลง เส้นใยกระตุกช้าจะอ่อนตัวลงในอัตราเดียวกับความแข็งแรงทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เส้นใยกล้ามเนื้อกระตุกเร็วจะลีบเร็วขึ้น และหลังจากนั้นประมาณ 6 เดือน จะมีความแข็งแรงเริ่มต้นประมาณ 45 เปอร์เซ็นต์ ทำให้กล้ามเนื้อของนักบินอวกาศอ่อนแอลงอย่างมาก น่าแปลกที่การสูญเสียกล้ามเนื้อดูเหมือนจะเกิดขึ้นอย่างรุนแรงที่สุดในร่างกายส่วนบน ในขณะที่การสูญเสียกระดูกมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดผลร้ายแรงที่สุดในร่างกายส่วนล่าง

สภาวะไร้น้ำหนักทำให้เกิดภาวะกระดูกพรุน การสูญเสียความหนาแน่นของกระดูก ซึ่งเป็นภาวะที่เกี่ยวข้องกับโรคกระดูกพรุน ตามจริงแล้ว ดร.เจย์ ชาปิโร หัวหน้าทีมวิจัยกระดูกที่สถาบันวิจัยชีวการแพทย์อวกาศแห่งชาติ กล่าวว่า "ความสำคัญของเรื่องนี้ (ปัญหา) ได้ทำให้นาซ่าพิจารณาการสูญเสียกระดูกเป็นความเสี่ยงโดยธรรมชาติของเที่ยวบินในอวกาศที่ยืดเยื้อ" องค์ประกอบหลักในปัญหานี้เกิดจากกิจกรรมที่เซลล์ ระดับ ภายใต้สภาวะปกติ ชุดของเซลล์ที่เรียกว่า osteoclasts จะแยกกระดูกออกจากกัน ในขณะที่เซลล์กระดูกอีกประเภทหนึ่ง เซลล์สร้างกระดูกจะสร้างกระดูกใหม่ในเวลาเดียวกัน อย่างไรก็ตาม เซลล์สร้างกระดูกตอบสนองต่อความเครียด โดยสร้างกระดูกขึ้นในตำแหน่งที่ร่างกายกดทับ ในอวกาศ กระดูกรู้สึกเครียดน้อยมาก เนื่องจากแรงโน้มถ่วงไม่ได้ดึงกระดูกและกล้ามเนื้อที่อ่อนแอลงจะทำให้กระดูกมีความเครียดน้อยลง ทำให้กระบวนการทำลายกระดูกเก่าและสร้างกระดูกใหม่ไม่ประสานกันส่งผลให้กระดูกอ่อนแอ แต่ปัจจัยอื่นๆ ก็มีส่วนทำให้เกิดปัญหาเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ร่างกายมีแนวโน้มที่จะผลิตเส้นใยคอลลาเจนที่มีรูปร่างผิดปกติในสภาวะไร้น้ำหนัก ซึ่งทำให้สุขภาพกระดูกลดลง

ในระดับคลินิก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ต่อกระดูกและกล้ามเนื้อทำให้เกิดปัญหามากมายสำหรับนักบินอวกาศ การสูญเสียมวลกระดูกจะเด่นชัดที่สุดในครึ่งล่างของร่างกาย โดยที่นักบินอวกาศอาจสูญเสีย 1 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์ของ มวลกระดูกของพวกเขาต่อเดือน แม้ว่าจะดูเหมือนว่าจะลดลงที่ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ที่สูญเสียมวลกระดูกในระยะเวลานานที่สุด เที่ยวบินอวกาศ ความอ่อนแอของกระดูกและกล้ามเนื้อในท้ายที่สุดคล้ายกับผลของการพักผ่อนบนเตียงเป็นเวลานาน นักบินอวกาศต้องการเวลาในการปรับกล้ามเนื้อใหม่ให้เข้ากับแรงโน้มถ่วงของโลก นอกจากนี้ แคลเซียมยังสะสมในเลือดเมื่อกระดูกสูญเสียมวล สิ่งนี้ส่งเสริมนิ่วในไตในนักบินอวกาศ

นาซ่ามีหลายวิธีในการต่อสู้กับสภาวะเหล่านี้ อย่างแรก การออกกำลังกายในอวกาศช่วยลดการสูญเสียกระดูกและกล้ามเนื้ออ่อนแรง การเพิ่มการออกกำลังกายประเภท "ระเบิด" ด้วยการเคลื่อนไหวอย่างกะทันหันอาจช่วยเพิ่มประโยชน์ของการออกกำลังกายในการขจัดผลกระทบที่เลวร้ายที่สุดของสภาวะไร้น้ำหนัก ในทำนองเดียวกัน การออกกำลังกายในเครื่องหมุนเหวี่ยงสามารถลดผลกระทบระยะยาวของสภาวะไร้น้ำหนักและช่วยเสริมสร้างกล้ามเนื้อของหัวใจ นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงในอาหารของนักบินอวกาศได้แสดงให้เห็นสัญญาในการลดผลกระทบของสภาวะไร้น้ำหนักต่อกระดูกและกล้ามเนื้อ สุดท้ายนี้ NASA ได้เริ่มทดลองการใช้ยาเพื่อต่อสู้กับการสูญเสียมวลกระดูก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NASA ได้เริ่มออก bisphosphonate นักบินอวกาศ ซึ่งเป็นยาที่ใช้รักษาและป้องกันโรคกระดูกพรุนบนโลก นักวิทยาศาสตร์หวังว่าการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการสูญเสียมวลกระดูกในสภาวะไร้น้ำหนักอาจแปลไปสู่การรักษาที่ดีขึ้นสำหรับผู้คนบนโลกที่มีความผิดปกติของกระดูก เช่น โรคกระดูกพรุน