Содержание
Микрогравитация ослабляет как кости, так и мышцы. Эффекты взаимосвязаны, так как ослабление мышц ускоряет ослабление костей. Это может оставить астронавтов с долгосрочной потерей мышечной массы и костной массы. Понимание - и, мы надеемся, борьба - влияния микрогравитации на кости и мышцы космонавтов представляет собой серьезную проблему для космических путешествий.
Мышечная сила
Микрогравитация ослабляет мышцы несколькими способами, которые были исследованы в исследовании Университета Удине в Италии в 2003 году. После примерно 240 дней в космосе общая сила космонавтов падает примерно до 70 процентов от их начальной силы. Мышцы человека имеют два типа мышечных волокон, которые поражаются несколько по-разному, хотя оба ослабевают. Медленно сокращающиеся волокна ослабевают примерно с той же скоростью, что и общая прочность. Однако быстро сокращающиеся мышечные волокна атрофируются еще быстрее, и примерно через шесть месяцев их стартовая сила составляет около 45 процентов. Это оставляет мышцы астронавтов сильно ослабленными. Любопытно, что потеря мышц происходит наиболее радикально в верхней части тела, в то время как потеря костной ткани имеет тенденцию вызывать самые серьезные эффекты в нижней части тела.
Потеря костной массы
Микрогравитация вызывает остеопению, потерю плотности кости, состояние, связанное с остеопорозом. Фактически, согласно доктору Джею Шапиро, руководителю группы по исследованиям костей в Национальном институте космических биомедицинских исследований, «масштабы этой проблемы заставили НАСА рассматривать потерю костной массы как неотъемлемый риск длительных космических полетов». Основным компонентом этой проблемы является активность на клеточном уровне. В нормальных условиях набор клеток, называемых остеокластами, разрушает кость, в то время как другой тип костных клеток, остеобласты, одновременно создают новую кость. Тем не менее, остеобласты реагируют на стресс, накапливая кость там, где тело давит на нее. В космосе кости испытывают очень мало стресса, так как гравитация не тянет кости, а ослабленные мышцы создают меньшую нагрузку на кости. Это приводит к тому, что процесс разрушения старой кости и создания новой кости не синхронизируется, что приводит к ослаблению костей. Но другие факторы, по-видимому, способствуют этой проблеме. Например, организм имеет тенденцию производить неправильно сформированные коллагеновые волокна в условиях микрогравитации, что способствует ухудшению здоровья костей.
Симптомы микрогравитации
На клиническом уровне эти изменения костей и мышц вызывают много проблем у космонавтов. Потеря костной массы наиболее выражена в нижней половине тела, где космонавты могут терять от 1 до 2 процентов своей костной массы в месяц, хотя, похоже, она выравнивается при потере костной массы на уровне около 20 процентов при самых длительных космических полетах. Ослабление костей и мышц в конечном итоге напоминает эффекты длительных периодов постельного режима. Астронавтам нужно время, чтобы заново адаптировать свои мышцы к гравитации Земли. Кроме того, кальций накапливается в крови, поскольку кости теряют массу. Это способствует образованию камней в почках у космонавтов.
Противодействие проблемам со здоровьем
НАСА имеет несколько методов для борьбы с этими условиями. Во-первых, упражнения в космосе помогают уменьшить потерю костной массы и мышечную слабость. Добавление упражнений «взрывного» типа с внезапными движениями может еще больше увеличить пользу от упражнений в предотвращении наихудших эффектов микрогравитации. Аналогичным образом, упражнения на центрифуге могут еще больше уменьшить долгосрочные последствия микрогравитации и помочь укрепить мышцы сердца. Кроме того, изменения в диете астронавтов показали многообещающее снижение микрогравитации на кости и мышцах. Наконец, НАСА начало экспериментировать с использованием лекарств для борьбы с потерей костной массы. В частности, НАСА начало выпускать астронавтам бисфосфонат, препарат, используемый для лечения и профилактики остеопороза на Земле. Ученые надеются, что понимание потери костной массы в условиях микрогравитации может привести к лучшему лечению людей на Земле с такими заболеваниями костей, как остеопороз.