نگاهی علمی به اثرات سوء فضا بر استخوان ها

 اسكلت يكی از سيستم‌های مهم انسان است كه سبب حفظ وضعيت ايستاده و استوار بدن در برابر نيروی جاذبه می شود. به‌طور طبيعی اسكلت انسان در محيط جاذبه 1 جی زمين رشد و نمو می كند و ساختار استخوانی آن به ‌شكلی طراحی شده است كه در مقابل نيروهای وارد بر خود مقاومت كند. لايه خارجی استخوان را پريوست (در مقابل لايه داخلی يا آندوست) گويند. بافت استخوانی محيطی به‌شكل تيغه‌های استخوانی در زير پريوست قرار دارد. در لايه‌های زيرين، مجاری استخوانی هم ‌مركز(نظير تنه درخت) در اطراف يك منبع خونی قرار می گيرد و سيستم‌های هاورس (استئون) را می‌سازد. بافت استخوانی از دو قسمت سخت قشری در خارج، و مغز‌ استخوان در داخل تشكيل شده است. قسمتی از استخوان كه در مجاورت مغز استخوان قرار دارد، استخوان اسفنجی (ترابكولار) نام دارد. استخوان قشری ، در حدود 80 درصد استخوان‌بندی افراد بزرگسال را تشكيل می‌دهد و اكثراً در تنه استخوانهای دراز وجود دارد. استخوان اسفنجی به ‌صورت تيغه‌های موازی ميكروسكوپی آرايش می‌يابد و بيشتر در تنه مهره‌ها، دنده‌ها، لگن و انتهای استخوانهای دراز وجود دارد. ترتيب قرارگيری بافت اسفنجی و متراكم، استحكام مناسب را برای تحرك فراهم می‌سازد. قسمت اسفنجی استخوان وزن بدن را متحمل می‌شود و آن را در برابر شكستگی محفوظ می‌كند. بافت استخوانی دائماً در حال بازسازی است و كلسيم مورد نياز بدن به‌طور متناوب از ذخاير اسكلتی آزاد می‌شود. فضانوردانی كه بی‌تحركی طولانی‌مدت را تجربه می‌كنند، مانند بيماران بستری، قطع نخاع، فلج اندام‌های تحتانی، و كسانی كه اندام‌هايشان مدت‌ها در گچ می‌ماند، بخش زيادی از توده استخوانی ، قدرت استخوانی، و عضلانی خود را از دست می‌دهند.

مطالعات مختلف بر روی فضانوردان نشان می‌دهد كه از دست رفتن توده استخوانی در مأموريتهای فضايی به طور متوسط، حدود 1 تا 2 درصد در ماه و از دست دادن كلسيم در فضانوردان تقريباً 10 برابر ميزان از دست دادن كلسيم در بدن زنان در اوايل يائسگی است (بيشترين ميزان ازبين رفتن توده استخوانی انسان در روی زمين). كاهش توده استخوان باعث كاهش قدرت استخوانی و افزايش خطر شكستگی می‌شود كه يكی از مشكلات سلامتی فعلی فضانوردان است و سبب اختلال در كاركرد آنها در مأموريت‌های فضايی می‌شود. پوكی استخوان در فضانوردان يكی از بزرگ‌ترين موانع مأموريت‌های طولانی‌مدت مثل سفر به مريخ است. آموخته‌های ما درباره پوكی‌استخوان در فضا موجب خواهد شد تا اين معضل را، كه بيماری شايع و ناتوان‌كننده‌ای در كره زمين است، بهتر بشناسيم. اخيراً دانشمندان متوجه شده‌اند كه اشعه درمانی در بيماران مبتلا به سرطان، خطرشكستگی خودبه‌خودی استخوان را

افزايش می‌دهد و اين واقعيت افق جديدی از تحقيقات برای محققان است. بتمن يكی از دانشمندان ناسا، كه در حال حاضر بر روی پوكی‌استخوان كار می‌كند، می‌گويد: "بروز شكستگی استخوان در زنان يائسه‌ای كه به علت سرطان گردن رحم و روده بزرگ تحت درمان با اشعه (راديوتراپی) قرار می‌گيرند 60 درصد و در بيماران مبتلا به سرطان مقعد به ميزان  200 درصد افزايش می‌يابد". با توجه به آنكه كاهش توده استخوانی در فضانوردان و مواجهه آنها با تشعشعات كيهانی در مأموريت‌های فضايی 30 ماهه به مريخ، امری اجتناب‌ناپذير است بايد شرايطی مهيا كرد تا بتوان مسافران را در برابر آن‌ محافظت نمود.

بتمن در جولای 2006، 35 موش ماده را در معرض يك مواجهه (تك دُز) اشعه‌ به شدت 2 گری قرار داد. البته اين مقدار تقريباً معادل شدت اشعه‌ای است كه برای فرد مبتلا به سرطان استفاده می‌شود. وی موش‌ها را به 4 گروه تقسيم كرد و اثراشعه‌های مختلف گاما (امواج الكترومغناطيسی با طول موج كوتاه و انرژی بالا كه به وسيله مواد راديواكتيو تابيده می‌شود)، پروتون (از اجزای اتم با بار مثبت و اندازه حدوداً 1836 برابر بزرگ‌تر از الكترون)، كربن و يونيزه (اشعه با قدرت بالا با انرژی كافی برای خارج‌كردن الكترون از مدار حركتی و در نتيجه بارداركردن هسته) را روی آنها بررسی كرد. سپس قسمت ابتدايی استخوان بزرگ ساق پا 

(تيبيا) و استخوان ران (فمور) را به وسيله سی‌تی‌اسكن بررسی كرد. طبق نتايج به‌دست آمده، اشعه كربن باعث شد تا توده استخوان اسفنجی 39 درصد (بيشترين كاهش) كاهش يابد. اشعه‌های پروتون، يونيزه و گاما به ترتيب 35، 34 و 29 درصد توده استخوان اسفنجی را كاهش دادند. ميزان كاهش اتصالات متحمل‌كننده وزن در استخوان اسفنجی در بين چهار گروه، حدود 46 تا 64 درصد متغير بود. شايان ذكر است كه قطع اتصالات استخوانی برگشت‌پذير نيست و با درمان‌های جبرانی بهبود نمی‌يابد. تك‌تك اشعه‌های؛ گاما، پروتون، كربن و يونيزان در اين  مطالعه نسبت به مجموع اين اشعه‌ها (پروتون و يون‌های سنگين يا اشعه‌های يونيزان) تخريب كمتری داشت. طبق اظهارات بتمن در ميزان‌های بسيار پايين اشعه هم، كه انتظار كاهش توده استخوانی نمی‌رفت، اين معضل مشاهده شد. براساس مطالعه بتمن مشخص شده است كه اشعه بر روی قسمت قشری و سخت استخوان اثر محسوسی ندارد و فقط ناحيه اسفنجی را تحت تأثير قرار می‌دهد. براساس نتايج اين مطالعه، تشعشعات فضايی موجب تشديد كاهش توده استخوانی و وخيم‌ تر شدن اثرات زيان‌آور بی‌وزنی بر روی استخوان می شود.