Мікрогравітація послаблює як кістки, так і м’язи. Ефекти взаємопов’язані, оскільки ослаблення м’язів прискорює ослаблення кісток. Це може призвести до тривалої втрати м’язів та кісткової тканини у космонавтів. Розуміння - і, сподіваємось, боротьба - наслідків мікрогравітації на кістки та м’язи астронавтів є критичним викликом для космічних подорожей.
Сила м’язів
Мікрогравітація послаблює м’язи кількома способами, що було досліджено в 2003 році в Удінському університеті в Італії. Приблизно після 240 днів у космосі загальна сила астронавтів падає приблизно до 70 відсотків від початкової сили. М'язи людини мають два типи м'язових волокон, на які впливає дещо по-різному, хоча обидва слабшають. Волокна, що повільно смикаються, слабшають приблизно з такою ж швидкістю, як і загальна міцність. Однак м’язові волокна, що швидко смикаються, атрофуються ще швидше, і приблизно через півроку у них з’являється близько 45 відсотків початкової сили. Це робить м’язи космонавтів сильно ослабленими. Цікаво, що втрата м’язів, здається, відбувається найбільш радикально у верхній частині тіла, тоді як втрата кісткової тканини, як правило, викликає найсерйозніші наслідки в нижній частині тіла.
Втрата кісток
Мікрогравітація спричиняє остеопенію, втрату щільності кісткової тканини, стан, пов’язаний з остеопорозом. Насправді, згідно з доктором Джеєм Шапіро, керівником групи з досліджень кісток Національного космічного біомедичного дослідницького інституту, "масштаб цього (проблема) змусило НАСА вважати втрату кісткової тканини невід'ємним ризиком тривалих космічних польотів ". Основним компонентом цієї проблеми є діяльність на клітинному рівень. У звичайних умовах набір клітин, званих остеокластами, розбиває кістки, тоді як інший тип кісткової клітини - остеобласти, одночасно створюють нову кістку. Однак остеобласти реагують на стрес, формуючи кістку там, де тіло на неї штовхає. У космосі кістки відчувають дуже незначний стрес, оскільки сила тяжіння не тягне за собою кістки, а ослаблені м’язи роблять менше навантаження на кістки. Це призводить до того, що процес руйнування старої кістки та побудови нової кістки випадає з синхронізації, що призводить до ослаблення кісток. Але інші фактори, схоже, також сприяють вирішенню проблеми. Наприклад, організм схильний виробляти неправильно сформовані колагенові волокна в умовах мікрогравітації, що сприяє погіршенню здоров’я кісток.
Симптоми мікрогравітації
На клінічному рівні ці зміни в кістках і м’язах викликають багато проблем для космонавтів. Втрата кісткової тканини найбільш виражена в нижній половині тіла, де астронавти можуть втратити від 1 до 2 відсотків їхньої кісткової маси на місяць, хоча, здається, найдовше вона втрачає приблизно 20 відсотків втрати кісткової маси космічні польоти. Ослаблення кісток і м'язів в кінцевому рахунку нагадує наслідки тривалих періодів постільного режиму. Космонавтам потрібен час, щоб відновити свої м’язи до сили тяжіння Землі. Крім цього, кальцій накопичується в крові, оскільки кістки втрачають масу. Це сприяє розвитку каменів у нирках у космонавтів.
Протидія проблемам зі здоров’ям
У розпорядженні NASA є кілька методів боротьби з цими станами. По-перше, фізичні вправи в космосі допомагають зменшити втрату кісткової маси та м’язову слабкість. Додавання вправ "вибухового" типу з різкими рухами може ще більше збільшити користь вправ у запобіганні найгіршим наслідкам мікрогравітації. Подібним чином вправи у центрифузі можуть ще більше зменшити довгострокові наслідки мікрогравітації та допомогти зміцнити м’язи серця. Крім того, зміни в харчуванні космонавтів показали перспективу зменшення впливу мікрогравітації на кістки та м’язи. Нарешті, NASA почало експериментувати з використанням ліків для боротьби з втратою кісткової маси. Зокрема, НАСА розпочало випуск астронавтів бісфосфонату - препарату, що використовується для лікування та профілактики остеопорозу на Землі. Вчені сподіваються, що розуміння мікрогравітації втрати кісткової тканини може призвести до кращого лікування людей на землі із захворюваннями кісток, такими як остеопороз.