Hvordan reduceret tyngdekraft påvirker astronauters muskler og nerverespons

Blandt de mange funktioner, der udføres af skeletmuskler, er det en vigtig at opretholde vores kropsholdning. Hvis det ikke var for disse muskler, kan Jordens tyngdekraft gøre det svært for os at stå og gå rundt. Gruppen af ​​muskler - for det meste til stede i vores lemmer, ryg og nakke - som er ansvarlige for at opretholde vores kropsholdning og tillade os at bevæge os mod tyngdekraften, kaldes med rette "anti-tyngdekraft"-muskler.

Men hvad sker der med disse muskler, når der ikke er nogen tyngdekraft (eller en "aflastning" af tyngdekraften), som de kan arbejde imod? Spørgsmålet lyder måske latterligt for nogle, men ikke for en astronaut ombord på den internationale rumstation (ISS). I det ydre rum, hvor tyngdekraften er minimal, bruges vores muskler (især de anti-gravitationelle) ikke så meget, hvilket kan resultere i deres atrofi og ændringer i deres struktur og egenskaber. Faktisk er menneskelige lægmuskler kendt for at reducere i volumen under en flyvning i rummet.

Så hvordan kan astronauter undgå disse neuromuskulære problemer?

Et team af forskere fra Japan ledet af Dr. Yoshinobu Ohira fra Doshisha University, Japan, satte sig for at finde svaret. De undersøgte neuromuskulære egenskabers reaktioner på gravitationstømning og producerede forskningsbaseret indsigt i, hvordan astronauter kan undgå neuromuskulære problemer under en længere rumflyvning. Denne anmeldelse blev offentliggjort i Neuroscience &Biobehavioral Reviews i maj 2022.

Holdet gennemgik, hvordan de morfologiske, funktionelle og metaboliske egenskaber af det neuromuskulære system reagerer på nedsatte anti-gravitationelle aktiviteter. De så først på simuleringsmodeller for mennesker og gnavere og så også, hvordan afferent og efferent motoneuronaktivitet regulerede neuromuskulære egenskaber. Deres gennemgang tyder på, at afferent neural aktivitet (som involverer de signaler, der sendes fra skeletmuskulatur til centralnervesystemet under muskelaktivitet) spiller en nøglerolle i reguleringen af ​​muskelegenskaber og hjerneaktivitet.

Hæmning af anti-gravitationelle muskelaktiviteter resulterer i remodellering af sarkomererne (som er den strukturelle enhed af muskler), hvilket resulterer i et fald i deres antal, hvilket yderligere forårsager et fald i kraftudvikling, hvilket i sidste ende fører til muskelatrofi. Der ses også en reduktion i amplituden af ​​elektromyogrammerne i anti-gravitationsmuskler, nemlig soleus og adductor longus. Dette indikerer, at eksponering for miljøer med lav tyngdekraft ikke kun påvirker musklerne, men også nerverne.

Gravitationel aflastning forårsager forringelse af motorisk kontrol, set som nedsat koordination af antagonistmuskler og ændret mekanik. Gangbesvær blev også observeret hos besætninger efter rumflyvning, selvom de trænede regelmæssigt på ISS. Astronauter ombord på ISS er forpligtet til at bruge løbebånd, cykelergometre og styrketræningsudstyr for at modvirke virkningen af ​​nedsat tyngdekraft på det neuromuskulære system og beskytte deres fysiske sundhed. Disse træningsbaserede modforanstaltninger er dog ikke altid effektive til at forhindre visse uønskede neuromuskulære ændringer.

Yderligere udfordringer opstår, når astronauter udsættes for et mikrogravitationsmiljø i seks måneder eller mere, for eksempel på vej til eller fra planeten Mars. Denne gennemgang har derfor store implikationer inden for rumforskning, med særlig vægt på astronautens velvære (anbefalinger som er nævnt af forfatterne).

Ændringer i muskulære egenskaber på grund af gravitationstømning kan være relateret til et fald i neural aktivitet, såvel som kontraktions- og/eller strækafhængig mekanisk stress. Tilstrækkelig stimulering af soleusmusklen synes at reducere chancerne for atrofi. Så mens de træner, bør astronauter gå eller langsomt løbe med landing bagtil (det ville også hjælpe at bruge en bungee-snor). Periodisk passiv strækning af soleus synes også at være effektiv. Så information fra et unikt perspektiv, som diskuteret i denne anmeldelse, kan spille en vigtig rolle i udviklingen af ​​passende modforanstaltninger mod neuromuskulære problemer til fremtidige langvarige menneskelige rumudforskningsmissioner. + Udforsk yderligere

Mikrotyngdekraftsorme hjælper med at løse astronauters muskelproblemer