Framtida uppdrag till månen och Mars måste ta itu med många utmaningar, inklusive att förhindra förlust av ben- och muskelvävnad hos astronauter. Forskning om den internationella rymdstationen hjälper till att möta denna utmaning.
Utan jordens gravitation, både ben- och muskelatrofi, eller blir mindre och svagare. Tidigt insåg forskare att träning är en kritisk del för att upprätthålla friska ben och muskler i rymden, precis som det är på jorden. Från enkla elastiska band på tidiga uppdrag har träningshårdvaran blivit allt mer avancerad. Nuvarande utrustning inkluderar ARED (Advanced Resistive Exercise Device) tyngdlyftssystem, en andra generationens löpband kallad T2, och cykelergometern med vibrationsisolering och stabiliseringssystem (CEVIS) cykelmaskin. Studier fortsätter att förfina den här utrustningen såväl som intensiteten och varaktigheten av hur astronauter använder den, med besättningsmedlemmar som nu i genomsnitt tränar två timmar per dag.
ARED, som installerades 2008, använder ett kolv- och svänghjulssystem för att ge last som i huvudsak efterliknar tyngdlyftning i viktlöshet. En aktuell undersökning från ESA (European Space Agency), ARED Kinematics analyserar effekten av denna typ av träning på kroppen i mikrogravitation för att hjälpa till att bestämma optimala träningsprogram före, under och efter rymdfärd. Resultat har visat att träning före flygning förbättrar en individs prestation när han är på rymdstationen, precis som försäsongsträning hjälper idrottare i senare tävlingar.
Från 2001 till 2011 använde besättningsmedlemmarna Interim Resistive Exercise Device (IRED), som kunde konfigureras för minst 18 olika övningar med både över- och underkroppsmuskler med upp till 300 pund motståndskraft. En retrospektiv utvärdering visade viss korrelation mellan styrka före flygning och förändringar efter flygning, och analys antydde att en motståndsanordning som ger högre belastning och förbättrade träningsrecept kan ge större fördelar.
CEVIS, installerat 2001 och uppgraderat 2023, använder friktion och motstånd och är datorstyrt för att upprätthålla en exakt arbetsbelastning. Systemet visar parametrar som cykelhastighet, hjärtfrekvens, förfluten tid och träningsrecept. En studie som använder data som samlats in av CEVIS drog slutsatsen att upp till 17 % av astronauterna kan uppleva förlust av muskelprestanda, benhälsa och kardiorespiratorisk kondition om framtida uppdrag fortsätter att använda nuvarande träningsmotåtgärder. Forskarna noterar att detta belyser behovet av att ytterligare förfina nuvarande regimer, lägga till andra ingrepp eller förbättra preflight för konditionering.
Lämplig utrustning är viktig, men det är också hur den används. Tidiga träningsprogram inkluderade löpning på ett löpband med låg hastighet och att utföra motståndsövningar vid låg belastning under långa perioder. Trots att de spenderade upp till 10 timmar i veckan på att träna fortsatte astronauterna att förlora muskelmassa och bentäthet. Allt fler bevis visade att högintensiv träning med låg volym var effektivare för att upprätthålla konditionen på jorden. Integrated Resistance and Aerobic Training Study (Sprint) jämförde resultaten av lågintensiva, högvolymspass med högintensiva, lågvolymspass i mikrogravitation.
Resultaten var liknande, men kortare träningspass sparar besättningens tid – en värdefull resurs vid uppdrag – och minskar slitaget på träningsutrustning.4 Framtida uppdrag kan begränsas till en enda enhet för både aerob träning och motståndsövning, vilket kräver kortare träningspass så att varje besättning medlem får en tur. Träning med högre intensitet kan kompensera för dessa gränser.
En undersökning kallad VO2max dokumenterade förändringar i maximal syreupptagning, vilket anses vara ett standardmått på en persons aeroba och fysiska arbetsförmåga. Långvarig rymdfärd orsakade en signifikant minskning av maximalt syreupptag och aerob träningskapacitet. Dessa resultat har viktiga konsekvenser för framtida långvariga rymduppdrag, och lägger till bevisen för att nuvarande motåtgärder kanske inte är tillräckliga.
Muscle Biopsy, en undersökning från ESA (European Space Agency), analyserade molekylära förändringar i skelettmuskulaturen före och efter rymdfärd och identifierade en enzymprodukt som skulle kunna användas som en möjlig indikator på muskelhälsa. Resultaten tyder på att nuvarande träningsprotokoll är effektiva för att förebygga muskeldekonditionering och stödjer förbättringar av motåtgärder för att skydda besättningens hälsa och prestanda vid framtida djupa rymdutforskningsuppdrag.
Medan nuvarande träningsprogram verkar moderera förändringar i muskuloskeletala system, varierar individuella resultat. Dessutom kan nuvarande regimer sannolikt inte direkt överföras till längre utforskningsuppdrag på grund av utrymmesbegränsningar, miljöproblem som borttagning av värme och fukt, behov av underhåll och reparation av enheter, och utmaningarna med att hitta tid för träning och undvika störningar av andras arbete. besättningsmedlemmar.
Planerade uppdrag för att utforska månen och rymden kan pågå i upp till tre år. Forskning fortsätter att fokusera på kombinationen av kost, träning och medicin som kan hålla astronauterna friska under rymdfärd, när de sätter sin fot på månen eller Mars och när de återvänder till jorden. Eftersom åldrande, stillasittande livsstilar och sjukdomar orsakar ben- och muskelförlust på jorden, kan denna forskning också gynna människor på marken.
Tillhandahålls av NASA
