Zawartość
Mikrograwitacja osłabia zarówno kości, jak i mięśnie. Efekty są ze sobą powiązane, ponieważ osłabienie mięśni przyspiesza osłabienie kości. To może pozostawić astronautów z długoterminową utratą mięśni i kości. Zrozumienie - i, mam nadzieję, zwalczanie - wpływu mikrograwitacji na kości i mięśnie astronautów stanowi kluczowe wyzwanie dla podróży kosmicznych.
Siła mięśni
Mikrograwitacja osłabia mięśnie na kilka sposobów, które zostały zbadane w badaniu z 2003 roku przeprowadzonym przez University of Udine we Włoszech. Po około 240 dniach w kosmosie całkowita siła astronautów spada do około 70 procent siły początkowej. Ludzkie mięśnie mają dwa rodzaje włókien mięśniowych, na które wpływają nieco inaczej, choć oba osłabiają. Wolnokurczliwe włókna osłabiają się mniej więcej w tym samym tempie co siła całkowita. Jednak szybko kurczące się włókna mięśniowe zanikają jeszcze szybciej, a po około sześciu miesiącach mają około 45 procent swojej siły początkowej. To powoduje znaczne osłabienie mięśni astronautów. Co ciekawe, utrata mięśni wydaje się najbardziej radykalna w górnej części ciała, podczas gdy utrata masy kostnej powoduje najpoważniejsze skutki w dolnej części ciała.
Utrata kości
Mikrograwitacja powoduje osteopenię, utratę gęstości kości, stan związany z osteoporozą. W rzeczywistości, zgodnie z Dr. Jay Shapiro, kierownik zespołu badań kości w National Space Biomedical Research Institute, „skala tego (problemu) skłoniła NASA do uznania utraty kości za nieodłączne ryzyko przedłużonych lotów kosmicznych”. Główny składnik tego problemu wynika z aktywności na poziomie komórkowym. W normalnych warunkach zestaw komórek zwanych osteoklastami rozbija kości, podczas gdy inny typ komórek kostnych, osteoblasty, tworzą jednocześnie nową kość. Osteoblasty reagują jednak na stres, budując kość tam, gdzie naciska na nią ciało. W przestrzeni kosmicznej kości odczuwają bardzo mały nacisk, ponieważ grawitacja nie ciągnie za kości, a osłabione mięśnie kładą mniejszy nacisk na kości. Powoduje to, że proces niszczenia starej kości i budowania nowej kości wypada z synchronizacji, co powoduje osłabienie kości. Ale wydaje się, że inne czynniki również przyczyniają się do tego problemu. Na przykład ciało ma tendencję do wytwarzania zniekształconych włókien kolagenu w mikrograwitacji, co przyczynia się do pogorszenia zdrowia kości.
Objawy mikrograwitacji
Na poziomie klinicznym zmiany kości i mięśni powodują wiele problemów dla astronautów. Utrata masy kostnej jest najbardziej widoczna w dolnej części ciała, gdzie astronauci mogą stracić 1–2 procent masy kostnej miesięcznie, choć wydaje się, że w najdłuższych lotach kosmicznych ustala się na poziomie około 20 procent utraty kości. Osłabienie kości i mięśni ostatecznie przypomina efekty przedłużonych okresów leżenia w łóżku. Astronauci potrzebują czasu, aby ponownie dostosować swoje mięśnie do grawitacji Ziemi. Ponadto wapń gromadzi się we krwi, gdy kości tracą masę. To promuje kamienie nerkowe u astronautów.
Przeciwdziałanie problemom zdrowotnym
NASA ma do dyspozycji kilka metod walki z tymi warunkami. Po pierwsze, ćwiczenia w kosmosie pomagają zmniejszyć utratę kości i osłabienie mięśni. Dodanie ćwiczeń typu „wybuchowego” z nagłymi ruchami może jeszcze bardziej zwiększyć korzyści płynące z ćwiczeń w powstrzymywaniu najgorszych efektów mikrograwitacji. Podobnie, ćwiczenia w wirówce mogą dodatkowo zmniejszyć długoterminowe skutki mikrograwitacji i pomóc wzmocnić mięśnie serca. Ponadto zmiany w diecie astronautów okazały się obiecujące w zmniejszaniu wpływu mikrograwitacji na kości i mięśnie. Wreszcie, NASA zaczęła eksperymentować ze stosowaniem leków do walki z utratą kości. W szczególności NASA zaczęła wydawać astronautom bisfosfonian, lek stosowany w leczeniu i zapobieganiu osteoporozie na Ziemi. Naukowcy mają nadzieję, że zrozumienie utraty mikrograwitacji może przełożyć się na lepsze leczenie ludzi na Ziemi z zaburzeniami kości, takimi jak osteoporoza.