Соответствующие физические упражнения являются важной частью здоровья экипажа во время космических полетов.

Будущие миссии на Луну и Марс должны решить множество проблем, в том числе предотвратить потерю костной и мышечной ткани у астронавтов. Исследования на Международной космической станции помогают решить эту проблему.

Без земной гравитации кости и мышцы атрофируются или становятся меньше и слабее. Уже на раннем этапе учёные поняли, что физические упражнения являются важнейшей частью поддержания здоровья костей и мышц в космосе, так же, как и на Земле. От простых эластичных лент в первых миссиях оборудование для тренировок стало все более совершенным. Текущее оборудование включает в себя систему поднятия тяжестей Advanced Resistive Supplies Device (ARED), беговую дорожку второго поколения под названием T2 и велоэргометр с системой изоляции и стабилизации вибрации (CEVIS). Исследования продолжают совершенствовать это оборудование, а также интенсивность и продолжительность его использования астронавтами: теперь члены экипажа тренируются в среднем по два часа в день.

Установленный в 2008 году, ARED использует систему поршня и маховика для обеспечения нагрузки, которая по сути имитирует тяжелую атлетику в невесомости. В текущем исследовании ЕКА (Европейского космического агентства) ARED Kinematics анализируется влияние этого типа упражнений на организм в условиях микрогравитации, чтобы помочь определить оптимальные программы тренировок до, во время и после космического полета. Результаты показали, что предполетные тренировки улучшают результаты человека на космической станции, точно так же, как предсезонная подготовка помогает спортсменам в последующих соревнованиях.

С 2001 по 2011 год члены экипажа использовали временное устройство для упражнений с сопротивлением (IRED), которое можно было настроить как минимум для 18 различных упражнений с использованием мышц верхней и нижней части тела с силой сопротивления до 300 фунтов. Ретроспективная оценка показала некоторую корреляцию между силой перед полетом и изменениями после полета, а анализ показал, что устройство сопротивления, которое обеспечивает более высокие нагрузки и улучшенные рекомендации по упражнениям, может принести большую пользу.

CEVIS, установленный в 2001 году и модернизированный в 2023 году, использует трение и сопротивление и управляется компьютером для поддержания точной рабочей нагрузки. Система отображает такие параметры, как скорость езды на велосипеде, частота сердечных сокращений, затраченное время и сведения о предписаниях по упражнениям. Исследование, в котором использовались данные, собранные CEVIS, пришло к выводу, что до 17% астронавтов могут столкнуться с потерей мышечной работоспособности, здоровья костей и кардиореспираторной работоспособности, если в будущих миссиях будут продолжать использоваться текущие контрмеры физических упражнений. Исследователи отмечают, что это подчеркивает необходимость дальнейшего совершенствования существующих режимов, добавления других мер или улучшения предполетной подготовки.

Важно не только подходящее оборудование, но и то, как оно используется. Ранние режимы тренировок включали бег на беговой дорожке на низкой скорости и упражнения с отягощениями при небольших нагрузках в течение длительных периодов времени. Несмотря на то, что астронавты тратили на тренировки до 10 часов в неделю, они продолжали терять мышечную массу и плотность костей. Все больше данных показывают, что высокоинтенсивные упражнения с небольшим объемом более эффективны для поддержания физической формы на Земле. В комплексном исследовании силовых и аэробных тренировок (спринт) сравнивались результаты низкоинтенсивных и объемных тренировок с высокоинтенсивными и малообъемными тренировками в условиях микрогравитации.

Результаты были схожими, но более короткие тренировки экономят время экипажа — ценный ресурс в миссиях — и уменьшают износ тренажеров.4 Будущие миссии могут быть ограничены одним устройством как для аэробных, так и для силовых упражнений, что потребует более коротких тренировок, чтобы каждый экипаж мог участник получает очередь. Более интенсивные упражнения могут компенсировать эти ограничения.

Исследование под названием VO2max зафиксировало изменения в максимальном потреблении кислорода, которое считается стандартным показателем аэробной и физической работоспособности человека. Длительный космический полет привел к значительному снижению максимального потребления кислорода и аэробной способности к нагрузкам. Эти результаты имеют важные последствия для будущих длительных космических миссий, дополняя доказательства того, что нынешние контрмеры могут быть неадекватными.

Биопсия мышц, исследование ЕКА (Европейского космического агентства), проанализировало молекулярные изменения в скелетных мышцах до и после космического полета и выявило ферментный продукт, который можно использовать в качестве возможного индикатора здоровья мышц. Результаты показывают, что текущие протоколы упражнений эффективны в предотвращении деформирования мышц и способствуют совершенствованию контрмер для защиты здоровья и производительности экипажа в будущих миссиях по исследованию дальнего космоса.

• 

• 

Хотя текущие программы упражнений, по-видимому, смягчают изменения в опорно-двигательном аппарате, индивидуальные результаты различаются. Кроме того, нынешние схемы, вероятно, не могут быть напрямую перенесены на более длительные исследовательские миссии из-за нехватки места, экологических проблем, таких как удаление тепла и влаги, потребностей в обслуживании и ремонте устройств, а также проблем с поиском времени для упражнений и избежанием вмешательства в работу других сотрудников. члены экипажа.

Планируемые миссии по исследованию Луны и дальнего космоса могут продлиться до трех лет. Исследования продолжают фокусироваться на сочетании диеты, физических упражнений и лекарств, которые могли бы сохранить здоровье астронавтов во время космического полета, когда они ступят на Луну или Марс и когда вернутся на Землю. Поскольку старение, малоподвижный образ жизни и болезни вызывают потерю костей и мышц на Земле, это исследование также может принести пользу людям на местах.