Mikro yerçekiminde kemik ve kas kaybına karşı mücadele

Mikro yerçekiminde, Dünya’nın yerçekiminin sürekli yükü olmadan, kemikleri oluşturan dokular kendilerini yeniden şekillendirir. Kemik hücreleri davranışlarını yeniden ayarlar; yeni kemik oluşturan hücreler yavaşlar, eski veya hasarlı kemik dokusunu parçalayan hücreler ise normal hızlarında çalışmaya devam eder, böylece parçalanma büyümeyi geride bırakarak daha zayıf ve daha kırılgan kemikler üretir.

Astronotların uzayda kaldıkları her ay için, eğer bu kayba karşı önlem almazlarsa, ağırlık taşıyan kemiklerinin yoğunluğu yaklaşık %1 oranında azalıyor. Genellikle Dünya üzerinde basitçe hareket ederek etkinleştirilen kaslar da zayıflar çünkü artık eskisi kadar sıkı çalışmaya ihtiyaç duymazlar. Bu kemik ve kas kaybına atrofi denir.

Atrofinin astronot sağlığı üzerinde ciddi etkileri vardır. Dünya’da kas ve kemik kaybı veya atrofisi normal yaşlanma, hareketsiz yaşam tarzı ve hastalıklardan da meydana gelir. Bu durum düşmelere bağlı yaralanmalar, osteoporoz veya diğer birçok tıbbi sorun nedeniyle ciddi sağlık sorunlarına neden olabilir.

Araştırmacılar atrofinin geniş nedenlerini anlarken, mikro yerçekiminin neden olduğu kas ve kemik atrofisinin temel mekanizmalarını ve katkıda bulunan faktörlerini araştırmaya devam ediyorlar. Çoğu araştırma, astronotları görevler sırasında ve Dünya’ya döndüklerinde veya aya veya Mars’a ayak bastıklarında sağlıklı tutmak için doğru diyet, egzersiz ve ilaç kombinasyonunun belirlenmesine odaklanıyor.

Egzersiz ve kuvvetler

Uzay istasyonundaki her astronot, Dünya’dakine benzer egzersiz rejimleri kullanarak kas-iskelet sistemlerini oluşturan kasları, kemikleri ve diğer bağ dokularını çalıştırıyor. Ekipler günde ortalama iki saat antrenman yapıyor.

Astronotlar onlarca yıldır sabit bisikletlere biniyor ve uzayda koşu bantlarında koşuyorlar. Uzay istasyonundaki ilk görevlerden biri TVIS ile uçtu, kullanıcıyı makineye bağlı tutmak ve yerçekimine benzer bir kuvvet eklemek için koşum takımı olan bir koşu bandı. ARED adı verilen mevcut bir ekipman, astronotların mikro yerçekiminde halter kaldırmayı taklit etmesine olanak tanıyor.

Ne yazık ki, bu makineler, alanın kısıtlı olduğu uzun süreli uzay uçuşları için bir uzay aracına getirilemeyecek kadar büyüktür. Bu nedenle bilim insanları merak ediyor: Çok az ekipman kullanarak veya hiç ekipman kullanmadan yapılan egzersizler, daha az yer kaplarken yeterli fiziksel aktivite sağlayabilir mi?

Özellikle bir çalışma bunu bulmayı amaçlıyor. Zero T2 deneyi için bazı astronotlar koşu bandını kullanmıyor ve bunun yerine sadece aerobik ve direnç egzersizleri yapıyorlar. Araştırmacılar kas performanslarını ve iyileşmelerini koşu bandını kullanan ekip arkadaşlarıyla karşılaştırmayı planlıyor.

Egzersiz yapma motivasyonu hem Dünya’da hem de uzay istasyonunda büyük bir engeldir. Günde iki saat veya daha fazla egzersiz yapmak büyük bir zaman dilimidir. Egzersiz için VR, astronotların istasyonun egzersiz bisikleti üzerindeyken pedal çevirebilecekleri bir sanal gerçeklik ortamı geliştirmeye odaklanıyor. Bu sadece farklı bir görünümden daha fazlasıdır; sürükleyici bir deneyim yaratmak, astronotların egzersiz yaparak keyifli vakit geçirmelerine yardımcı olur.

Araştırmacılar, egzersiz rejimini test etmenin yanı sıra, mikro yerçekiminde vücudun egzersizi nasıl deneyimlediğini de anlamak istiyor. Tam vücut egzersizi tüm kas-iskelet sistemini etkiler. ARED Kinematics, mikro yerçekiminde egzersiz yaparken kas gerginliğinin, kemik stresinin ve diğer iç faktörlerin vücudu nasıl etkilediğini analiz eder.

Uzay çalışmaları sırasında vücudun ölçülmesi, bilim adamlarının astronotların uzun süreli uzay uçuşu görevleri sırasında sağlıklarını korumak ve optimize etmek için mikro yerçekimindeki egzersizleri nasıl uyarlamaları gerektiğini anlamalarına yardımcı olabilir. Araştırmacılar şunu buldu Tıpkı sezon öncesi antrenmanın sporculara daha sonraki müsabakalarda yardımcı olması gibi, uçuş öncesi egzersiz antrenmanının da istasyondaki performansı arttırdığı. Araştırma, astronotları görev öncesinde hazırlamak, görev sırasında mikro yerçekiminin etkilerini sınırlamak ve uçuş sonrası güvenli ve hızlı iyileşmeyi sağlamak için en uygun egzersiz programlarını belirlemeyi amaçlıyor.

Uzaydaki kemik erimesine yönelik tedavi arayışları, Dünya’daki osteoporozla ilişkili kemik kaybı araştırmalarıyla örtüşüyor. Vertebral Strength gibi bazı deneyler, uçuştan önce ve sonra astronotların kemiklerinin ve omurgayı destekleyen kasların ayrıntılı taramalarını yakalayarak araştırmacılara genel kas-iskelet sistemi gücü hakkında bilgi sağlıyor.

Miyostatin inhibitörleri gibi Dünya’da kemik kaybını önlemek için kullanılan ilaçlar, hem astronotlarda hem de uzaydaki hayvan modellerinde kemik ve kas kaybını başarıyla önleyebilir. Rodent Research 19 (RR-19) bu ilacı uzay uçuşu sırasında test etti. Kemik kaybını tedavi edecek ilaçların geliştirilmesi, Dünya’daki insanlara fayda sağlamanın yanı sıra, uzun süreli uzay görevlerinde bulunanlar için de karşı önlemler sağlayabilir.

Doku çipleri, belirli doku ve organların karmaşık işlevlerini taklit eden küçük cihazlardır. Araştırmacılar, uzayda çalışmak için bir organın tamamını getirmek yerine, elde taşınan bir cihazla küçük bir örnek gönderebilirler. Bir doku çipi deneyi olan İnsan Kas-on-Chip’i, mikro yerçekimindeki kas fonksiyonu değişikliklerini incelemek için genç ve yaşlı yetişkinlerin kas hücrelerinden oluşturulan kas liflerinin 3 boyutlu bir modelini kullandı. Elektrik darbeleri, kullandığımızda vücudumuzdaki kaslar gibi dokuların da kasılmasına neden olur.

Araştırmacılar, uzaya maruz kalan kas hücrelerinde kas büyümesi ve metabolizmayla ilgili genlerin ekspresyonunun azaldığını, doku örneklerinin geldiği bireylerin yaşına bağlı olarak farklılıklar olduğunu buldu. İş şimdi yayınlanan dergide npj Mikro Yerçekimi.

Kas atrofisi ve kemik kaybının nasıl önleneceğini ve tedavi edileceğini anlamak, NASA’nın aya ve Mars’a misyonlar planlaması nedeniyle özellikle önemlidir. Astronotlar oraya vardıklarında, neredeyse ağırlıksız geçen uzun bir sürenin ardından, kısmi yerçekiminde yorucu faaliyetler gerçekleştirmeleri gerekebilir.

CIPHER, birkaç haftadan bir yıla kadar süren görevlerde mürettebat üyelerinde meydana gelen psikolojik ve fizyolojik değişiklikleri (kemik ve kas kaybı dahil) ölçen entegre bir deneydir. NASA, uzayın derinliklerinde hedefler veya daha uzun görevler belirledikçe, bilim insanları şunu bilmek istiyor: Uzun görevler astronotların fiziksel bedenlerini kısa görevlere göre daha fazla mı değiştiriyor? Belirli sistemlerde yapılan değişiklikler, uzayda belirli bir süre kaldıktan sonra durağanlaşıyor mu? Herhangi bir değişiklik farklı biyolojik sistemleri etkilemek için geri bildirimde bulunuyor mu? NASA’nın, astronotları ajansın keşif hedeflerine ulaşmaya en iyi şekilde hazırlamak için bu tür verilere ihtiyacı var.

NASA, CIPHER aracılığıyla aynı araştırmayı farklı sürelerdeki görevlerde yürütebilir. Bu, bilim adamlarının Mars’a üç yıllık bir gidiş-dönüş yolculuğu gibi çok yıllı görevlere tahminde bulunmalarına olanak tanır. Bulgular, koruyucu stratejiler geliştirmenin ve mürettebat üyelerini Ay ve Mars’a yapılacak keşif görevlerinde korumanın anahtarı olabilir.

Uzay istasyonundaki kemik ve kas kaybını incelemek, uzay yolcularını güvende tutacak stratejilerin ve Dünya’da hastalıkla ilişkili ve yaşa bağlı kemik ve kas atrofisi olan insanlara yönelik tedavilerin geliştirilmesini ilerletiyor.