Ćwiczenie dla astronautów
Przyszłe misje na Księżyc i Marsa muszą sprostać wielu wyzwaniom, w tym zapobiec utracie tkanki kostnej i mięśniowej u astronautów. Badania prowadzone na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pomagają sprostać temu wyzwaniu.
Bez ziemskiej grawitacji zarówno kości, jak i mięśnie zanikają lub stają się mniejsze i słabsze. Naukowcy wcześnie zdali sobie sprawę, że ćwiczenia są kluczowym elementem utrzymania zdrowych kości i mięśni w kosmosie, podobnie jak na Ziemi. Od prostych elastycznych taśm na wczesnych misjach, sprzęt do ćwiczeń stawał się coraz bardziej zaawansowany. Obecny sprzęt obejmuje system podnoszenia ciężarów Advanced Resistive Exercise Device (ARED), bieżnię drugiej generacji o nazwie T2 oraz urządzenie rowerowe Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System (CEVIS). Badania nadal udoskonalają ten sprzęt, a także intensywność i czas korzystania z niego przez astronautów, a członkowie załogi obecnie ćwiczą średnio dwie godziny dziennie.
Aby obejrzeć ten film, włącz obsługę JavaScript i rozważ aktualizację do przeglądarki internetowej obsługującej wideo HTML5
Zainstalowany w 2008 roku ARED wykorzystuje tłok i system koła zamachowego, aby zapewnić obciążenie, które zasadniczo naśladuje podnoszenie ciężarów w stanie nieważkości. Obecne badanie ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej), ARED Kinematics analizuje wpływ tego typu ćwiczeń na ciało w warunkach mikrograwitacji, aby pomóc w określeniu optymalnych programów treningowych przed, w trakcie i po locie kosmicznym. Wyniki wykazały, że trening przed lotem poprawia wydajność danej osoby podczas pobytu na stacji kosmicznej, podobnie jak trening przedsezonowy pomaga sportowcom w późniejszych zawodach.1
Od 2001 do 2011 roku członkowie załogi korzystali z urządzenia Interim Resistive Exercise Device (IRED), które można skonfigurować do co najmniej 18 różnych ćwiczeń wykorzystujących zarówno mięśnie górnej, jak i dolnej części ciała z siłą oporu do 300 funtów. Retrospektywna ocena wykazała pewną korelację między siłą przed lotem a zmianami po locie, a analiza sugerowała, że urządzenie oporowe, które zapewnia większe obciążenia i lepsze zalecenia dotyczące ćwiczeń, może zapewnić większe korzyści.2
CEVIS, zainstalowany w 2001 roku i zmodernizowany w 2023 roku, wykorzystuje tarcie i opór i jest sterowany komputerowo w celu utrzymania dokładnego obciążenia pracą. System wyświetla parametry, takie jak prędkość jazdy na rowerze, tętno, upływający czas i szczegóły dotyczące zaleceń treningowych. W badaniu wykorzystującym dane zebrane przez CEVIS stwierdzono, że nawet 17% astronautów może doświadczyć utraty wydajności mięśni, zdrowia kości i sprawności sercowo-oddechowej, jeśli przyszłe misje będą nadal korzystać z obecnych środków przeciwdziałania ćwiczeniom. Naukowcy zauważają, że podkreśla to potrzebę dalszego udoskonalania obecnych schematów, dodawania innych interwencji lub poprawy kondycji przed lotem.3
Właściwy sprzęt jest ważny, ale także sposób jego użycia. Wczesne schematy ćwiczeń obejmowały bieganie na bieżni z niską prędkością i wykonywanie ćwiczeń oporowych z niskim obciążeniem przez długi czas. Pomimo spędzania do 10 godzin tygodniowo na ćwiczeniach, astronauci nadal tracili masę mięśniową i gęstość kości. Coraz więcej dowodów wskazywało na to, że ćwiczenia o wysokiej intensywności i małej objętości były bardziej skuteczne w utrzymaniu sprawności fizycznej na Ziemi. W badaniu Integrated Resistance and Aerobic Training Study (Sprint) porównano wyniki treningów o niskiej intensywności i dużej objętości z treningami o wysokiej intensywności i małej objętości w warunkach mikrograwitacji. Wyniki były podobne, ale krótsze treningi oszczędzają czas załogi - cenny zasób podczas misji - i zmniejszają zużycie sprzętu do ćwiczeń.4 Przyszłe misje mogą być ograniczone do jednego urządzenia do ćwiczeń aerobowych i oporowych, co wymaga krótszych treningów, aby każdy członek załogi miał swoją kolej. Ćwiczenia o wyższej intensywności mogłyby zrekompensować te ograniczenia.
Badanie zwane VO2max udokumentowało zmiany w maksymalnym poborze tlenu, który jest uważany za standardową miarę aerobowej i fizycznej zdolności do pracy danej osoby. Długotrwałe loty kosmiczne spowodowały znaczny spadek maksymalnego poboru tlenu i zdolności do ćwiczeń aerobowych.5 Wyniki te mają ważne implikacje dla przyszłych długotrwałych misji kosmicznych, dodając do dowodów, że obecne środki zaradcze mogą nie być odpowiednie.
Biopsja mięśni, badanie przeprowadzone przez ESA (Europejską Agencję Kosmiczną), przeanalizowało zmiany molekularne w mięśniach szkieletowych przed i po locie kosmicznym oraz zidentyfikowało produkt enzymatyczny, który może być wykorzystany jako potencjalny wskaźnik zdrowia mięśni. Wyniki sugerują, że obecne protokoły ćwiczeń są skuteczne w zapobieganiu dekondycji mięśni i wspierają poprawę środków zaradczych w celu ochrony zdrowia i wydajności załogi podczas przyszłych misji eksploracji kosmosu.6
Chociaż obecne programy ćwiczeń wydają się łagodzić zmiany w układach mięśniowo-szkieletowych, indywidualne wyniki różnią się. Ponadto obecne schematy prawdopodobnie nie mogą być bezpośrednio przeniesione na dłuższe misje eksploracyjne ze względu na ograniczenia przestrzenne, kwestie środowiskowe, takie jak usuwanie ciepła i wilgoci, potrzeby związane z konserwacją i naprawą urządzeń oraz wyzwania związane ze znalezieniem czasu na ćwiczenia i uniknięciem kolizji z pracą innych członków załogi.7
Planowane misje eksploracji Księżyca i głębokiej przestrzeni kosmicznej mogą trwać do trzech lat. Badania nadal koncentrują się na połączeniu diety, ćwiczeń i leków, które mogłyby utrzymać astronautów w zdrowiu podczas lotu kosmicznego, kiedy postawią stopę na Księżycu lub Marsie i kiedy wrócą na Ziemię. Ponieważ starzenie się, siedzący tryb życia i choroby powodują utratę kości i mięśni na Ziemi, badania te mogą również przynieść korzyści ludziom na ziemi.
Melissa GaskillInternational Space Station Research Communications TeamNASA's Johnson Space Center
Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej.
Cytaty:
1 Lambrecht G, Petersen N, Weerts G, Pruett CJ, Evetts SN, et al. The role of physiotherapy in the European Space Agency strategy for preparation and reconditioning of astronauts before and after long duration space flight. Musculoskeletal Science & Practice. 2017 January; 27 Suppl 1S15-S22. DOI: 10.1016/j.math.2016.10.009
2 English KL, Lee SM, Loehr JA, Ploutz-Snyder RJ, Ploutz-Snyder LL. Zmiany siły izokinetycznej po długotrwałym locie kosmicznym na ISS. Aerospace Medicine and Human Performance. 2015 December 1; 86(12): 68-77. DOI: 10.3357/AMHP.EC09.2015.
3 Scott JM, Feiveson AH, English KL, Spector ER, Sibonga JD, et al. Effects of exercise countermeasures on multisystem function in long duration spaceflight astronauts. npj Microgravity. 2023 luty 3; 9(1): 11. DOI: 10.1038/s41526-023-00256-5.
4 English KL, Downs ME, Goetchius EL, Buxton RE, Ryder JW, et al. Trening o wysokiej intensywności podczas lotu kosmicznego: wyniki badania NASA Sprint Study. npj Microgravity. 2020 sierpień 18; 6(1): 21. DOI: 10.1038/s41526-020-00111-x.
5 Ade CJ, Broxterman RM, Moore Jr. AD, Barstow TJ. Spadek maksymalnego poboru tlenu po długotrwałym locie kosmicznym: Rola konwekcyjnych i dyfuzyjnych mechanizmów transportu O2. Journal of Applied Physiology. 2017 April; 122(4): 968-975. DOI: 10.1152/japplphysiol.00280.2016.
6 Blottner D, Moriggi M, Trautmann G, Furlan S, Block K, et al. Nitrosative Stress in Astronaut Skeletal Muscle in Spaceflight. Antioxidants. 2024 April; 13(4): 432. DOI: 10.3390/antiox13040432
7 Scott JP, Weber T, Green DA. Wprowadzenie do tematu badawczego Frontiers: Optimisation of Exercise Countermeasures for Human Space Flight - Lessons from Terrestrial Physiology and Operational Considerations. Frontiers in Physiology. 2019 10173. DOI: 10.3389/fphys.2019.00173.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
