Bland de många funktioner som utförs av skelettmusklerna är en viktig funktion att bibehålla vår hållning. Om det inte vore för dessa muskler kan jordens gravitationskraft göra det svårt för oss att stå och gå runt. Gruppen av muskler – mestadels närvarande i våra lemmar, rygg och nacke – som är ansvariga för att upprätthålla vår hållning och låter oss röra oss mot tyngdkraften kallas med rätta "antigravitationsmuskler".

Men vad händer med dessa muskler när det inte finns någon gravitation (eller en "avlastning" av gravitationskraft) för dem att arbeta mot? Frågan kanske låter löjlig för vissa, men inte för en astronaut ombord på den internationella rymdstationen (ISS). I yttre rymden, där gravitationen är minimal, används inte våra muskler (särskilt de antigravitationella) lika mycket, vilket kan resultera i deras atrofi och förändringar i deras struktur och egenskaper. Faktum är att mänskliga vadmuskler är kända för att minska i volym under en flygning i rymden.

Så hur kan astronauter undvika dessa neuromuskulära problem?

Ett team av forskare från Japan ledda av Dr. Yoshinobu Ohira från Doshisha University, Japan, gav sig ut för att hitta svaret. De studerade neuromuskulära egenskapers svar på gravitationsavlastning och tog fram forskningsbaserade insikter om hur astronauter kan undvika neuromuskulära problem under en längre rymdfärd. Denna recension publicerades i Neuroscience &Biobehavioral Reviews i maj 2022.

Teamet granskade hur de morfologiska, funktionella och metaboliska egenskaperna hos det neuromuskulära systemet svarar på minskade antigravitationsaktiviteter. De tittade först på simuleringsmodeller för människor och gnagare och såg också hur afferent och efferent motoneuronaktivitet reglerade neuromuskulära egenskaper. Deras granskning tyder på att afferent neural aktivitet (som involverar signaler som skickas från skelettmuskulatur till centrala nervsystemet under muskelaktivitet) spelar en nyckelroll för att reglera muskelegenskaper och hjärnaktivitet.

Hämning av antigravitationsmuskelaktiviteter resulterar i ombyggnad av sarkomererna (som är musklernas strukturella enhet), vilket resulterar i en minskning av deras antal, vilket ytterligare orsakar en minskning av kraftutvecklingen som så småningom leder till muskelatrofi. En minskning av amplituden av elektromyogrammen i antigravitationsmusklerna, nämligen soleus och adductor longus, ses också. Detta indikerar att exponering för miljöer med låg gravitation påverkar inte bara musklerna utan även nerverna.

Gravitationsavlastning orsakar försämring av motorisk kontroll, ses som försämrad koordination av antagonistmuskler och förändrad mekanik. Gångsvårigheter observerades också hos besättningar efter rymdfärd, även om de tränade regelbundet på ISS. Astronauter ombord på ISS måste använda löpband, cykelergometrar och styrketräningsutrustning för att motverka effekten av minskad gravitation på det neuromuskulära systemet och skydda deras fysiska hälsa. Dessa träningsbaserade motåtgärder är dock inte alltid effektiva för att förhindra vissa oönskade neuromuskulära förändringar.

Ytterligare utmaningar uppstår när astronauter utsätts för en mikrogravitationsmiljö i sex månader eller mer, till exempel på väg till eller från planeten Mars. Denna recension har därför stora konsekvenser inom rymdforskningsområdet, med särskild tonvikt på astronauternas välbefinnande (rekommendationer för vilka nämns av författarna).

Förändringar i muskulära egenskaper på grund av gravitationsavlastning kan vara relaterade till en minskning av neural aktivitet, såväl som kontraktions- och/eller sträckberoende mekanisk stress. Att stimulera soleusmuskeln på ett adekvat sätt verkar minska risken för dess atrofi. Så medan de tränar bör astronauter gå eller långsamt springa med bakre fot-strike-landning (att använda en bungee-lina skulle också hjälpa). Periodisk passiv sträckning av soleus verkar också vara effektiv. Så information från ett unikt perspektiv, som diskuteras i denna recension, kan spela en viktig roll i utvecklingen av lämpliga motåtgärder mot neuromuskulära problem för framtida långvariga mänskliga rymdutforskningsuppdrag. + Utforska vidare

Mikrogravitationsmaskar hjälper till att lösa astronauternas muskelproblem