Vhodné cvičení je důležitou součástí zdraví posádky během vesmírných misí

Budoucí mise na Měsíc a Mars se musí vypořádat s mnoha problémy, včetně prevence ztráty kostní a svalové tkáně u astronautů. Výzkum na Mezinárodní vesmírné stanici pomáhá řešit tento problém.

Bez zemské gravitace kost i svaly atrofují nebo se zmenšují a slábnou. Vědci si brzy uvědomili, že cvičení je kritickou součástí udržení zdravých kostí a svalů ve vesmíru, stejně jako je tomu na Zemi. Od jednoduchých elastických pásů na prvních misích se cvičební zařízení stále více vyspělo. Současné vybavení zahrnuje vzpěračský systém Advanced Resistive Exercise Device (ARED), běžecký pás druhé generace s názvem T2 a cyklistický ergometr se systémem izolace a stabilizace vibrací (CEVIS). Studie pokračují ve zdokonalování tohoto vybavení a také v intenzitě a délce toho, jak je astronauti používají, přičemž členové posádky nyní cvičí v průměru dvě hodiny denně.

ARED, instalovaný v roce 2008, využívá systém pístu a setrvačníku k zajištění zatížení, které v podstatě napodobuje vzpírání ve stavu beztíže. Aktuální výzkum ESA (European Space Agency), ARED Kinematics analyzuje účinek tohoto typu cvičení na tělo v mikrogravitaci, aby pomohl určit optimální cvičební programy před, během a po kosmickém letu. Výsledky ukázaly, že předletový trénink zlepšuje výkon jednotlivce na vesmírné stanici, stejně jako předsezónní trénink pomáhá sportovcům v pozdějších soutěžích.

Od roku 2001 do roku 2011 členové posádky používali zařízení pro dočasné odporové cvičení (IRED), které bylo možné nakonfigurovat pro nejméně 18 různých cvičení využívajících svaly horní i dolní části těla s odporovou silou až 300 liber. Retrospektivní hodnocení ukázalo určitou korelaci mezi silou před letem a změnami po letu a analýza naznačila, že odporové zařízení, které poskytuje vyšší zátěž a lepší cvičební předpisy, by mohlo poskytnout větší výhody.

CEVIS, nainstalovaný v roce 2001 a modernizovaný v roce 2023, využívá tření a odpor a je řízen počítačem, aby se udržela přesná pracovní zátěž. Systém zobrazuje parametry, jako je rychlost jízdy na kole, tepová frekvence, uplynulý čas a podrobnosti o předpisu cvičení. Studie využívající data shromážděná CEVIS dospěla k závěru, že až 17 % astronautů by mohlo zaznamenat ztrátu svalového výkonu, zdraví kostí a kardiorespirační zdatnosti, pokud budou budoucí mise nadále používat současná protiopatření při cvičení. Výzkumníci poznamenávají, že to zdůrazňuje potřebu dále vylepšit současné režimy, přidat další intervence nebo zlepšit předletovou přípravu.

Důležité je vhodné vybavení, ale také způsob jeho použití. Rané cvičební režimy zahrnovaly běh na běžeckém pásu nízkou rychlostí a provádění odporových cvičení při nízké zátěži po dlouhou dobu. Navzdory tomu, že astronauti trávili cvičením až 10 hodin týdně, nadále ztráceli svalovou hmotu a hustotu kostí. Rostoucí důkazy ukázaly, že cvičení s vysokou intenzitou a nízkým objemem bylo účinnější při udržování kondice na Zemi. Studie Integrated Resistance and Aerobic Training Study (Sprint) porovnávala výsledky nízkointenzivních, vysoce objemových a vysoce intenzivních nízkoobjemových tréninků v mikrogravitaci.

Výsledky byly podobné, ale kratší tréninky šetří čas posádky – cenný zdroj na misích – a snižují opotřebení cvičebního vybavení.4 Budoucí mise mohou být omezeny na jediné zařízení pro aerobní i odporové cvičení, což si vyžádá kratší tréninky, takže každá posádka člen dostane řadu. Vyšší intenzita cvičení by mohla tyto limity kompenzovat.

Šetření nazvané VO2max dokumentovalo změny maximálního příjmu kyslíku, což je považováno za standardní měřítko aerobní a fyzické pracovní kapacity člověka. Dlouhotrvající kosmický let způsobil významný pokles maximálního příjmu kyslíku a aerobní cvičební kapacity. Tyto výsledky mají důležité důsledky pro budoucí dlouhodobé vesmírné mise, což přispívá k důkazu, že současná protiopatření nemusí být adekvátní.

Muscle Biopsy, výzkum ESA (European Space Agency), analyzoval molekulární změny v kosterním svalstvu před a po kosmickém letu a identifikoval enzymový produkt, který by mohl být použit jako možný indikátor svalového zdraví. Zjištění naznačují, že současné cvičební protokoly jsou účinné v prevenci svalové dekondice a podporují zlepšení protiopatření k ochraně zdraví a výkonu posádky při budoucích misích na průzkum hlubokého vesmíru.

Zatímco se zdá, že současné cvičební programy zmírňují změny v muskuloskeletálních systémech, jednotlivé výsledky se liší. Kromě toho se současné režimy pravděpodobně nemohou přímo přenést na delší průzkumné mise kvůli prostorovým omezením, problémům životního prostředí, jako je odstranění tepla a vlhkosti, potřebě údržby a oprav zařízení a problémům s hledáním času na cvičení a zabráněním zasahování do práce jiných členové posádky.

Plánované mise na průzkum Měsíce a hlubokého vesmíru mohou trvat až tři roky. Výzkum se nadále zaměřuje na kombinaci stravy, cvičení a léků, které by mohly udržet zdraví astronautů během vesmírných letů, když vstoupí na Měsíc nebo Mars a když se vrátí na Zemi. Vzhledem k tomu, že stárnutí, sedavý způsob života a nemoci způsobují na Zemi úbytek kostí a svalů, může tento výzkum prospět i lidem na zemi.