Przeciwdziałanie utracie kości i mięśni w warunkach mikrograwitacji
W warunkach mikrograwitacji, bez ciągłego obciążenia ziemską grawitacją, tkanki tworzące kości zmieniają swój kształt. Komórki kości dostosowują swoje zachowanie - komórki budujące nową kość zwalniają, podczas gdy komórki rozkładające starą lub uszkodzoną tkankę kostną działają w swoim normalnym tempie, tak że rozpad przewyższa wzrost, tworząc słabsze i bardziej kruche kości. Z każdym miesiącem spędzonym w kosmosie kości astronautów stają się mniej więcej o 1% mniej gęste, jeśli nie podejmą oni środków ostrożności, aby przeciwdziałać tej utracie. Mięśnie, zwykle aktywowane przez zwykłe poruszanie się na Ziemi, również słabną, ponieważ nie muszą już pracować tak ciężko. Ta utrata kości i mięśni nazywana jest atrofią. Atrofia ma poważne konsekwencje dla zdrowia astronautów. Na Ziemi utrata lub zanik mięśni i kości występuje również w wyniku normalnego starzenia się, siedzącego trybu życia i chorób. Może to powodować poważne problemy zdrowotne związane z urazami spowodowanymi upadkami, osteoporozą lub wieloma innymi problemami medycznymi. Podczas gdy naukowcy rozumieją szerokie przyczyny atrofii, nadal badają podstawowe mechanizmy i czynniki przyczyniające się do atrofii mięśni i kości wywołanej mikrograwitacją. Wiele badań koncentruje się na określeniu właściwej kombinacji diety, ćwiczeń i leków, aby astronauci byli zdrowi podczas misji i po powrocie na Ziemię lub postawieniu stopy na Księżycu lub Marsie. Aby obejrzeć ten film, należy włączyć obsługę JavaScript i rozważyć uaktualnienie do przeglądarki internetowej obsługującej wideo HTML5 Każdy astronauta na pokładzie stacji kosmicznej angażuje mięśnie, kości i inne tkanki łączne, które składają się na ich układ mięśniowo-szkieletowy, stosując schematy ćwiczeń podobne do ziemskich. Załogi ćwiczą średnio przez dwie godziny dziennie. Astronauci od dziesięcioleci jeżdżą na rowerach stacjonarnych i biegają na bieżniach w przestrzeni kosmicznej. Jedna z pierwszych misji na stacji kosmicznej obejmowała TVIS, bieżnię z uprzężą, która utrzymywała użytkownika na uwięzi i dodawała siłę podobną do grawitacji.1 Obecny sprzęt o nazwie ARED pozwala astronautom naśladować podnoszenie ciężarów w warunkach mikrograwitacji. Niestety, urządzenia te są zbyt duże, by zabrać je na pokład statku kosmicznego podczas długotrwałych lotów kosmicznych, gdzie przestrzeń jest na wagę złota. Naukowcy są więc ciekawi: czy ćwiczenia przy użyciu minimalnego sprzętu lub bez niego mogłyby zapewnić odpowiednią aktywność fizyczną, zajmując jednocześnie mniej miejsca? Jedno z badań w szczególności ma na celu to sprawdzić. W eksperymencie Zero T2 niektórzy astronauci nie korzystają z bieżni, a zamiast tego wykonują ćwiczenia aerobowe i oporowe. Naukowcy planują porównać wydajność ich mięśni i regenerację z kolegami z załogi, którzy korzystali z bieżni. Motywacja do ćwiczeń jest główną przeszkodą zarówno na Ziemi, jak i na stacji kosmicznej. Dwie lub więcej godzin ćwiczeń dziennie to spory kawałek czasu! VR for Exercise koncentruje się na opracowaniu środowiska wirtualnej rzeczywistości, przez które astronauci mogą pedałować na rowerze stacjonarnym. To coś więcej niż tylko inny widok - stworzenie wciągającego doświadczenia pomaga astronautom cieszyć się czasem ćwiczeń. Oprócz testowania samego reżimu ćwiczeń, naukowcy chcą zrozumieć, w jaki sposób ciało doświadcza ćwiczeń w warunkach mikrograwitacji. Ćwiczenia całego ciała wpływają na cały układ mięśniowo-szkieletowy. ARED Kinematics analizuje, w jaki sposób napięcie mięśni, obciążenie kości i inne czynniki wewnętrzne wpływają na ciało podczas ćwiczeń w warunkach mikrograwitacji. Pomiar ciała podczas treningów kosmicznych może pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób astronauci muszą dostosować ćwiczenia w mikrograwitacji, aby zachować i zoptymalizować swoje zdrowie podczas długotrwałych misji lotów kosmicznych. Naukowcy odkryli, że trening przed lotem poprawia wydajność na stacji, podobnie jak trening przed sezonem pomaga sportowcom w późniejszych zawodach. 2 Badanie ma na celu określenie optymalnych programów ćwiczeń, aby przygotować astronautów przed misją, ograniczyć skutki mikrograwitacji podczas misji oraz umożliwić bezpieczną i szybką regenerację po locie.2 Poszukiwanie metod leczenia zaniku kości w przestrzeni kosmicznej pokrywa się z badaniami nad utratą kości związaną z osteoporozą na Ziemi. Niektóre eksperymenty, takie jak Vertebral Strength, rejestrują szczegółowe skany kości astronautów i mięśni wspierających kręgosłup przed i po locie, dostarczając naukowcom informacji na temat ogólnej siły układu mięśniowo-szkieletowego. Leki stosowane w celu zapobiegania utracie kości na Ziemi, takie jak inhibitory miostatyny, mogą również skutecznie zapobiegać utracie kości i mięśni zarówno u astronautów, jak i modeli zwierzęcych w kosmosie. Rodent Research 19 (RR-19) przetestował ten lek podczas lotu kosmicznego.3 Opracowanie leków do leczenia utraty kości mogłoby przynieść korzyści ludziom na Ziemi, a także zapewnić środki zaradcze dla osób biorących udział w długotrwałych misjach kosmicznych. Chipy tkankowe to niewielkie urządzenia imitujące złożone funkcje określonych tkanek i narządów. Zamiast przenosić cały organ do badań w kosmosie, naukowcy mogą wysłać małą próbkę w podręcznym urządzeniu. W jednym z eksperymentów z wykorzystaniem chipów tkankowych, Human Muscle-on-Chip, wykorzystano trójwymiarowy model włókien mięśniowych stworzony z komórek mięśniowych młodych i starszych osób dorosłych do badania zmian funkcji mięśni w warunkach mikrograwitacji. Impulsy elektryczne powodują kurczenie się tkanki, podobnie jak mięśnie w naszych ciałach, gdy ich używamy. Naukowcy odkryli zmniejszoną ekspresję genów związanych ze wzrostem mięśni i metabolizmem w komórkach mięśniowych narażonych na działanie przestrzeni kosmicznej, z różnicami w zależności od wieku osób, od których pochodziły próbki tkanek.4 Zrozumienie, jak zapobiegać i leczyć atrofię mięśni i utratę kości jest szczególnie ważne, ponieważ NASA planuje misje na Księżyc i Marsa. Po dotarciu na miejsce astronauci mogą być zmuszeni do wykonywania forsownych ćwiczeń w warunkach częściowej grawitacji po długim czasie przebywania w stanie nieważkości. CIPHER to zintegrowany eksperyment mierzący zmiany psychologiczne i fizjologiczne - w tym utratę masy kostnej i mięśniowej - u członków załogi podczas misji trwających od kilku tygodni do jednego roku. Ponieważ NASA wyznacza cele dla dłuższych misji w przestrzeni kosmicznej, naukowcy chcą wiedzieć: Czy długie misje zmieniają ciała astronautów bardziej niż krótsze misje? Czy zmiany w niektórych systemach ustają po pewnym czasie spędzonym w kosmosie? Czy jakiekolwiek zmiany wpływają na różne systemy biologiczne? NASA potrzebuje takich danych, aby jak najlepiej przygotować astronautów do osiągnięcia celów eksploracyjnych agencji. Dzięki CIPHER NASA może prowadzić te same badania podczas misji o różnym czasie trwania. Pozwala to naukowcom na ekstrapolację na wieloletnie misje, takie jak trzyletnia podróż w obie strony na Marsa. Wyniki badań mogą być kluczem do opracowania strategii ochronnych i zabezpieczenia członków załogi podczas misji eksploracyjnych na Księżyc i Marsa. Badanie utraty kości i mięśni na pokładzie stacji kosmicznej przyczynia się do rozwoju strategii, które zapewniają bezpieczeństwo podróżującym w kosmosie oraz leczenia osób na Ziemi z chorobami i związanym z wiekiem zanikiem kości i mięśni. Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej: Space Station Research Explorer
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
