Mikrogravity försvagar både ben och muskler. Effekterna är sammankopplade, eftersom försvagningen av musklerna ökar försvagningen av benet. Detta kan ge astronauter med långvarig muskel- och benförlust. Förståelse - och förhoppningsvis bekämpa - effekterna av mikrovågor på astronauternas ben och muskler utgör en kritisk utmaning för rymdresan.
Muskelstyrka
Mikrogravitet försvagar musklerna på flera sätt, vilka undersöktes i en studie från 2003 vid universitetet i Udine i Italien. Efter ca 240 dagar i rymden minskar astronauternas totala styrka till cirka 70 procent av deras startstyrka. Mänskliga muskler har två typer av muskelfibrer, som påverkas lite annorlunda, men båda försvagas. De långsamma fibrerna försvagar ungefär samma hastighet som total styrka. Snabba muskelfibrer förmår dock ännu snabbare och efter cirka sex månader har cirka 45 procent av sin startstyrka. Detta försvårar astronauternas muskler kraftigt. Kärleksfullt verkar muskelförlusten hända mest radikalt i överkroppen, medan benförlust tenderar att orsaka de allvarligaste effekterna i underdelen.
Benförlust
Mikrogravity orsakar osteopeni, förlusten av bentäthet, ett tillstånd relaterat till osteoporos. I själva verket, enligt Dr. Jay Shapiro, teamledare för benstudier vid National Space Biomedical Research Institute, "omfattningen av detta (problemet) har lett NASA att betrakta förlust av benen en inneboende risk för utvidgade rymdflygningar." En viktig komponent i detta problem härrör från aktivitet på mobilnivån. Under normala förhållanden bryter en uppsättning celler som kallas osteoklaster benet från varandra medan en annan typ av bencell, osteoblaster skapar nytt ben samtidigt. Osteoblaster svarar emellertid på stress, bygger upp ben där kroppen pressar på den. I rymden känns benen mycket liten stress, eftersom tyngdkraften inte drar på ben och försvagade muskler lägger mindre stress på benen. Detta orsakar processen att riva ner gammalt ben och bygga nytt ben att falla ur synkroniseringen, vilket resulterar i försvagade ben. Men andra faktorer förefaller också bidra till frågan. Till exempel tenderar kroppen att producera missbildade kollagenfibrer i mikrogravity, vilket bidrar till minskad benhälsa.
På klinisk nivå orsakar dessa förändringar i ben och muskler många problem för astronauterna. Benförlusten är mest uttalad i den nedre delen av kroppen, där en astronaut kan förlora 1 till 2 procent av sin benmassa per månad, men det verkar som en nivå på cirka 20 procent benförlust i de längsta rymdflödena. Försvagningen av ben och muskler motsvarar i slutänden effekterna av långa perioder av bäddstöd. Astronauterna behöver tid för att omorganisera sina muskler till jordens gravitation. Ovanpå detta byggs kalcium upp i blodet eftersom benen förlorar massa. Detta främjar njurstenar i astronauterna.
Bekämpa hälsoproblem
NASA har flera metoder till förfogande för att bekämpa dessa förhållanden. För det första hjälper träning i rymden minskar benförlust och muskelsvaghet. Att lägga till "explosiva" övningar med plötsliga rörelser kan ytterligare öka nyttan av träning för att undanröja de värsta effekterna av mikrogravity. På liknande sätt kan övning i en centrifuge ytterligare minska de långsiktiga effekterna av mikrogravity och hjälpa till att stärka hjärmens muskler. Dessutom har förändringar i astronauternas diet visat ett löfte när det gäller att minska effekterna av mikrogravity på ben och muskler. Slutligen har NASA börjat experimentera med att använda mediciner för att bekämpa benförlust. Specifikt har NASA börjat utfärda astronauter bisfosfonat, en medicin som används för att behandla och förhindra osteoporos på jorden. Forskare hoppas att förståelse av mikrogravitets benförlust kan översättas till bättre behandling för människor på jorden med benstörningar som osteoporos.
