Your Bones in Space

Hypogravitational Osteoporose : Een overzicht van de literatuur. Door Lambert Titus Parker . 19 mei 1987 . ( Genie Spaceport ) Osteoporose : een aandoening gekenmerkt door een absolute daling van de hoeveelheid bot aanwezig om een ​​niveau waaronder het kan handhaven de structurele integriteit van het skelet . Aan te geven in de hand liggende , De mens heeft zich ontwikkeld onder de zwaartekracht van de aarde " 1G " . Onze musculoskeleton systeem hebben ontwikkeld om ons te helpen navigeren in deze zwaartekrachtveld , begiftigd met het vermogen zich aan te passen als dat nodig is onder verschillende stress, spanningen en beschikbare energiebehoefte . Het systeem bestaat uit bot een zeer gespecialiseerde en dynamische steunweefsel die vertebraten voorziet de stijve infrastructuur . Het bestaat uit gespecialiseerde bindweefsel cellen genaamd osteocyten en een matrix die bestaat uit organische vezels bij elkaar gehouden door een organische cement die bot zijn vasthoudendheid, elasticiteit en de veerkracht geeft . Het heeft ook een anorganisch bestanddeel in het cement tussen de vezels bestaande uit calciumfosfaat [ 85 % ] , calciumcarbonaat [ 10 % ] ; anderen [ 5 % ] die geven de hardheid en stijfheid . Anders dan het verstrekken van de starre infrastructuur , het beschermt vitale organen zoals de hersenen ] , dient als een complex hefboom systeem , fungeert als een opslagruimte voor calcium die van vitaal belang voor de menselijke stofwisseling , herbergt het beenmerg binnen haar midden holte en om het allemaal top het kan veranderen de architectuur en massa in reactie op externe en inwendige spanning . Het is deze dynamische verbouwing van bot dat is van primair belang in microzwaartekracht . Om de impact van deze dynamica voel het moet worden opgemerkt dat een botremodellering unit [ een gekoppelde verschijnselen van bot reabsorptie en botvorming ] wordt gestart en ander afgewerkt ongeveer elke tien seconden in een gezonde volwassene . Deze dynamische systeem aan mechanische stress of gebrek daaraan door verhoging van de botmassa / dichtheid of te verlagen volgens de vraag op het systeem . - bijvoorbeeld , een persoon die met verhoogde spanning zal reageren met verhoogde massa / dichtheid van het bot en een persoon die een zittend leven leidt vanwege verminderde massa / dichtheid van bot maar de juiste hoeveelheid om zijn structuur te steunen tegen de mechanische belastingen zij / ze bestaat in hormonen een belangrijke rol zoals gezien bij postmenopauzale vrouwen osteoporose (gebrek aan oestrogenen ) waarin de snelheid van bot reformatie is meestal normaal met de snelheid van het bot re-absorptie verhoogd spelen ook . In Skelet waarvan de massa vertegenwoordigen een dynamische homeostase in 1g gewicht beïnvloeden , wanneer geplaatst in microzwaartekracht voor een langere periode van tijd vereist vrijwel geen gewicht dragen , de regelgeving van het bot / calcium reageert door het verlagen van zijn massa. Immers, waarom dragen al die extra massa en het gebruik van al die energie om te behouden wat is niet nodig ? Logischerwijs het grootste verlies - demineralisatie - komt in het gewicht dragende botten van het been [ Os Calcis ] en rug. Botverlies is geschat door calcium - balans studies en excretie . Een verhoogde urinaire excretie van calcium , hydroxyproline en fosfor is opgemerkt in de eerste 8 tot 10 dagen van gewichtloosheid die duiden op verhoogde bot re-absorptie . Snelle toename van calcium via de urine is geconstateerd na het opstijgen met een plateau bereikt op dag 30. Daarentegen was er een gestage toename off gemiddelde fecale calcium gedurende het verblijf in microzwaartekracht en werd niet verminderd tot dag 20 van terugkeer naar 1 G , terwijl de urine calciumgehalte gewoonlijk weer preflight niveau dag 10 van terugkeer naar 1G . Er is ook significant bewijs voornamelijk afkomstig van knaagdieren studies die lijken te verminderde botvorming suggereren als een factor in hypogravitational osteoporose . Jongen Frame, MD een lid van NASA's Life Science Advisory Committee [ LSAC ] gesteld dat " de eerste pathologische gebeurtenis na de astronauten voeren gewichtloosheid optreedt in het bot zelf , en dat veranderingen in mineraalhomeostase en de calcitropic hormonen zijn ondergeschikt aan dit. Het blijkt die nul zwaartekracht in sommige opzichten stimuleren bot re-absorptie , eventueel via veranderd bio-elektrische velden of veranderde verdeling van de spanning en de druk op het bot cellen zelf . het is mogelijk dat de zwaartekracht en gespierd spanningen op het skelet oorzaak wrijving tussen bot kristallen die bio-elektrische velden creëert . Dit bio-elektrische effect op een bepaalde manier kan botcellen te stimuleren en beïnvloeden botremodellering . " In de vroege missies , werd X - ray densitometrie gebruikt om het gewicht- dragende botten pre en na de vlucht meten. In de latere Apollo , Skylab en Spacelab missies Photon absorptiometry ( een meer gevoelige indicator van het bot mineraal gehalte ) werd gebruikt . De resultaten van deze studies gaven aan dat botmassa [ mineraalgehalte ] was in het traject van 3,2 % tot 8 % on flight langer dan twee weken en direct variëren met de lengte van het verblijf in microzwaartekracht . De nauwkeurigheid van deze metingen zijn ondervraagd sinds de foutmarge voor deze metingen is 3-7 % een bereik dicht bij de geschatte botverlies . Ongeacht het mechanisme van Hypogravitational Osteoporose is een van de meer ernstige biomedische gevaar van langdurige verblijf in microzwaartekracht . Veel vormen van gewicht laden oefeningen zijn geprobeerd door de astronauten en kosmonauten om de ruimte osteoporose te verminderen . Hoewel isometrische oefeningen zijn niet doeltreffend geweest , gebruik van Bungee ruimtepak hebben aangetoond wat resultaten . Echter het gebruik van Bungee ruimtepak [ gemaakt op een zodanige manier dat iedereen beweging wordt tegengegaan door veren en elastische banden induceren stress en spanning op de spieren en skelet ] voor 6 tot 8 uur per dag nodig is om het gewenste effect te bereiken zijn omslachtig en vereisen aanzienlijke werklast en vermindert de efficiëntie daardoor onpraktisch voor andere doeleinden dan blijkt een theoretisch principe bij het voorkomen van osteoporose hypogravitational langdurig gebruik . Skylab ervaring heeft ons geleerd dat ondanks de ruimte osteoporose mens kan functioneren in microzwaartekracht zes tot negen maanden en terug te keren naar de zwaartekracht van de aarde . Maar sinds volwassenen slechts twee derde van het skelet massa verloren , zelfs 0.3 % calcium verlies kan herbouwen per maand hoewel klein in verhouding tot het totale skelet massa wordt significant wanneer Mars missie van 18 maanden wordt overwogen . Omdat volwassenen slechts tweederde van het skelet massa verloren in microzwaartekracht kunnen herbouwen , kan zelfs korte perioden op additieve effecten veroorzaken. Dit probleem wordt nog groter bij vrouwen die al gevoelig zijn voor hormonale osteoporose op Aarde . Tot nu toe zijn verschillende studies zijn aan de gang met geen significante resultaten . Veel onderzoek moet nog worden gedaan en meerdere experimenten werden gepland op de Spacelab Life Science [ SLS ] shuttle missies voor de Challenger tragedie . Leden van LSAC had aanbevolen dat bot biopsieën nodig voor essentiële studies van bothistomorfometrische veranderingen worden uitgevoerd om hypogravitational osteoporose begrijpen . In het verleden had astronauten met de Right Stuff resistent en wantrouwend van medische experimenten , maar met wetenschappelijk personeel met life science opleiding moeten we in staat om geldige harde gegevens te verkrijgen . [ Het is van belang dat in de SLS missie , twee van de missie specialisten waren artsen , een fysioloog en een dierenarts te zijn geweest . ] Nadat alles is gezegd , is het probleem eenvoudig opgelost door het creëren van kunstmatige zwaartekracht in roterende structuren . Maar als de structuur niet groot genoeg is het probleem van Coriolis effect worden geconfronteerd . Om het probleem van ruimte osteoporose in perspectief zetten we onze definitie van osteoporose moet herzien : een aandoening gekenmerkt door een absolute afname van de hoeveelheid bot aanwezig is om een niveau waaronder het in staat is het behoud van de structurele integriteit van het skelet . In microzwaartekracht waar motoriek bestaat voornamelijk uit zwemmen acties met stress op bovenste ledematen wordt uitgeoefend dan de onderste ledematen resulteert in een verlaging van het gewicht dragende botten van de onderste ledematen en wervelkolom, die niet nodig zijn voor het behoud van de structurele integriteit van het skelet . Dus in microzwaartekracht het skelet systeem past in een prachtige manier en probleem ontstaat pas wanneer deze microgravity aangepast persoon nodig om terug te keren naar hogere zwaartekrachtveld. Het probleem is dus echt een probleem van re - aanpassing aan de zwaartekracht van de aarde . Om de groepen te willen ruimteonderzoek rechtvaardigen : Medische kosten als gevolg van osteoporose bij oudere vrouwen is bijna 4 miljard dollar per jaar en belangrijk werk alleen al in dit gebied zou alle ruimte life science werk rechtvaardigen. Het is de mening van velen het probleem van osteoporose op aarde en hypogravity zal worden opgelost of opgenomen zijn , en eenmaal grote roterende structuren worden gebouwd zal het probleem academische geworden . Voor de volledigheid : Dr Graveline , aan de School of Aerospace Medicine , hief een nestje van muizen op een dier centrifuge 2G simuleren en vergeleken hen met een nestgenoten opgegroeid in 1G . " Ze waren Herculean in hun bouw , en ongewoon sterke .... " gemeld Dr.Graveline . Ook X - ray studies toonden de muizen 2G een skeletdichtheid veel groter dan de 1G nestgenoten te hebben .