Hvordan påvirker mikrofjernhed astronauternes ben og muskler?

Mikrogravitet svækker både knogler og muskler. Virkningerne er indbyrdes forbundne, da svækkelsen af ​​muskelhastigheden svækker knoglen. Dette kan efterlade astronauter med langsigtet muskel- og knogletab. Forståelse - og forhåbentlig at bekæmpe - virkningerne af mikrogravity på astronauternes knogler og muskler udgør en kritisk udfordring for rumrejser.

Muskelstyrke

Mikrogravitet svækker musklerne på flere måder, som blev udforsket i en studie fra 2003 af universitetet i Udine i Italien. Efter ca. 240 dage i rummet falder astronauternes samlede styrke til ca. 70 procent af deres startstyrke. Menneskelige muskler har to typer muskelfibre, som påvirkes lidt anderledes, selvom begge svækker. De langsomme trækfibre svækkes med omtrent samme hastighed som total styrke. Hurtigstræk muskelfibre atrofier endnu hurtigere, og efter ca. seks måneder har omkring 45 procent af deres startstyrke. Dette efterlader astronauternes muskler stærkt svækket. Det er nysgerrigt, at muskeltab synes at ske mest radikalt i overkroppen, mens knogletab har tendens til at forårsage de mest alvorlige virkninger i underkroppen.

Mikrogravitet forårsager osteopeni, tabet af knogletæthed, en tilstand relateret til osteoporose. Faktisk, ifølge Dr. Jay Shapiro, teamleder for knogleundersøgelser ved National Space Biomedical Research Institute, "størrelsen af ​​dette (problem) har fået NASA til at overveje knogletab en iboende risiko for udvidede rumflyvninger." En væsentlig komponent i dette problem stammer fra aktivitet på mobilniveau. Under normale forhold bryder et sæt celler, der hedder osteoklaster, knogle fra hinanden, mens en anden type knoglecelle, osteoblaster skaber ny knogle på samme tid. Osteoblaster reagerer dog på stress, opbygger ben, hvor kroppen skubber på den. I rummet føles knoglerne meget lidt stress, da tyngdekraft ikke trækker på knogler og svækkede muskler sætter mindre stress på knoglerne. Dette forårsager processen med at rive ned gammel knogle og bygge ny knogle for at falde uden synkronisering, hvilket resulterer i svækkede knogler. Men andre faktorer synes også at bidrage til spørgsmålet. For eksempel har kroppen en tendens til at producere misdannede kollagenfibre i mikrogravity, hvilket bidrager til faldende knogleres sundhed.

På klinisk niveau forårsager disse ændringer i knogler og muskler mange problemer for astronauter. Knogletabet er mest udtalt i den nederste del af kroppen, hvor astronauter kan miste 1 til 2 procent af deres knoglemasse pr. Måned, selv om det ser ud til at ligge på ca. 20 procent knogletab i de længste rumfladder. Forsvagningen af ​​knogler og muskler ligner i sidste ende virkningerne af længere perioder med sengeline. Astronauterne har brug for tid til at tilpasse deres muskler til jordens tyngdekraft. På toppen af ​​dette opbygges calcium i blodet, da knogler mister masse. Dette fremmer nyresten i astronauter.

Bekæmpelse af sundhedsproblemer

NASA har flere metoder til rådighed for at bekæmpe disse forhold. For det første hjælper motion i rummet med at mindske knogletab og muskelsvaghed. Tilføjelse af "eksplosive" øvelser med pludselige bevægelser kan yderligere øge fordelene ved motion for at afværge de værste virkninger af mikrogravity. Tilsvarende kan udøve i en centrifuge yderligere reducere de langsigtede virkninger af mikrogravity og hjælpe med at styrke musklerne i hjertet. Endvidere har ændringer i astronauternes kost vist et løfte om at mindske virkningerne af mikrogravity på knogler og muskler. Endelig er NASA begyndt at eksperimentere med at bruge medicin til bekæmpelse af knogletab. Specifikt er NASA begyndt at udstede astronauter bisfosfonat, en medicin, der anvendes til behandling og forebyggelse af osteoporose på jorden. Forskere håber at forståelse af mikrogravitet knogletab kan oversætte til bedre behandling for mennesker på jorden med knogleforstyrrelser som osteoporose.