В спортзале на высоте 250 миль над Землей астронавты потеют ради науки

Когда вы думаете о том, каково жить в космосе, вы можете представить себе потрясающие виды Земли или экзистенциальное чудо пребывания среди звезд. Что вы можете не учитывать, так это некоторые практические аспекты, такие как тренировки. Мы все знаем, что нам нужно регулярно ходить в спортзал, но это легче сказать, чем сделать, когда вы живете на космической станции.

А физические упражнения важны – даже в большей степени для космонавтов, чем для остальных из нас. Это потому, что, возможно, самой большой проблемой для здоровья человека в космосе является то, чего не хватает: гравитация. На Международной космической станции (МКС) существует так называемая микрогравитационная среда (потому что технически это не совсем невесомость, хотя на практике она достаточно близка к этому). Без силы гравитации, действующей на их тела, астронавты могут плавать и вращаться в воздухе, но это означает, что их мышцы не работают, чтобы удерживать их, как обычно на Земле.

Со временем отсутствие гравитации может иметь серьезные последствия для здоровья. Мышечная и костная масса падает из-за недостаточного использования, что может иметь катастрофические последствия, когда астронавты вернутся на Землю и им снова придется иметь дело с нормальными условиями гравитации. Микрогравитация может иметь и другие последствия, в том числе на сердечно-сосудистую систему.

Поэтому астронавтам жизненно важно регулярно тренироваться, чтобы бороться с эффектами микрогравитации. Возможно, вы слышали, что космонавты тратят на упражнения более двух часов в день, и вот почему — им необходимо выполнять всю работу над своими мышцами, которую большинство из нас получают в течение дня, просто находясь в вертикальном положении, а также оставаться в форме и здоров для такой ответственной работы, как выход в открытый космос.

Посещение спортзала на космической станции

В настоящее время на МКС используются три основных тренажера: беговая дорожка, велотренажер и силовой тренажер. В некотором смысле упражнения, которые выполняют космонавты, не так уж отличаются от тех, которые вы найдете в любом тренажерном зале на Земле — они бегают, катаются на велосипеде, поднимают тяжести.

Но есть некоторые технические проблемы, которые возникают, когда вам нужно поднимать тяжести в условиях отсутствия гравитации.

Тренажер под названием ARED, или усовершенствованное устройство для упражнений с сопротивлением, имеет фиксированную штангу, которую можно перемещать различными способами, что-то вроде машины Смита или стойки для приседаний. Но вместо использования гирь для сопротивления используются вакуумные цилиндры. Астронавты должны работать против притяжения этого вакуума, чтобы переместить штангу, и они могут варьировать величину сопротивления, чтобы имитировать использование более тяжелых весов.

Хотя беговая дорожка и велотренажер работают так же, как и на Земле, с ними также есть проблема — как не дать астронавтам уплыть, когда они бегут или нажимают на педали. Чтобы предотвратить это, они используют ремни, чтобы привязать их к оборудованию, хотя оборудование также должно быть тщательно спроектировано, чтобы космонавты не создавали вибраций во время тренировок, которые могут повредить космическую станцию.

Уделяйте время упражнениям

Брюс Нишвиц, специалист группы по силе, физической подготовке и реабилитации астронавтов Космического центра имени Джонсона НАСА, говорит, что физические упражнения важны не только для физического здоровья астронавтов.

«Польза от упражнений проявляется не только в тренировке костей, мышц или даже сердечно-сосудистой системы. Это действительно преимущество для всего тела и всей системы», — сказал Нишвиц Digital Trends. «Только из исследований на местах мы знаем, что физические упражнения улучшают настроение, а также помогают со сном и подобными проблемами. Нас беспокоит не только мышечная сила и размер. Мы определенно хотим побудить членов экипажа чувствовать себя на 100% нормальными людьми, даже в очень странной и неестественной среде».

Однако, как знает любой, кто какое-то время ходил в тренажерный зал, даже самое лучшее в мире оборудование не поможет, если у вас нет хорошей программы. Программы упражнений для астронавтов НАСА специально разработаны с учетом наиболее эффективного способа преодоления недостатков, с которыми они столкнутся во время пребывания в космосе, и предотвращения травм. Это особенно важно, когда астронавты возвращаются домой на Землю, чтобы они могли лучше приспособиться к жизни в условиях гравитации.

«Упражнения — это противодействие миру микрогравитации, в котором они живут», — объяснил Нишвиц. «Мы пытаемся избежать дефицитов, которые будут вызваны микрогравитацией. Итак, мы хотим стимулировать мышцы, стимулировать кости, сохранить их как можно более здоровыми. Таким образом, здоровье действительно является основным направлением тренировок».

Программирование для космоса

Команда разрабатывает программу кардио- и силовых упражнений, которую большинство астронавтов выполняют шесть дней в неделю. Часто можно услышать, что астронавты тратят два с половиной часа на тренировки каждый день, но это не совсем так: им отведено столько времени на тренировки, но это включает в себя настройку, подготовку и укладку всего.

Обычно каждый космонавт выполняет около часа упражнений на тренажере ARED, а затем еще 30–40 минут кардио. Для тренировок еще много времени, но Нишвиц говорит, что мотивировать астронавтов не проблема.

«Большинство членов экипажа очень бережно относятся к тренировкам, которые они проводят на орбите», — сказал Нишвиц.

Даже те, кто не являются заядлыми любителями спортзала, все равно знают о пользе тренировок как для своего тела, так и для ума. «Я слышал, как разные люди описывают это так: они чувствуют себя наиболее нормально, когда выполняют упражнения», — сказал Нишвиц, добавив, что это даже в большей степени, чем когда они спят или едят. «Они могут уйти от других аспектов своей жизни на космической станции, связанных с работой».

Команда программирует множество многосуставных комплексных упражнений, таких как приседания и жимы, потому что они являются эффективным способом одновременной тренировки нескольких крупных мышц. Они также используют различные диапазоны повторений: от силовой работы с малым количеством повторений до работы с большим количеством повторений, ориентированной на выносливость. Кардио также может варьироваться: более короткие тренировки с более высокой интенсивностью или более длинные тренировки с более низкой интенсивностью.

Астронавты также учитывают последствия физически сложной работы, такой как выход в открытый космос: некоторые члены экипажа предпочитают делать перерывы в тренировках за несколько дней до или после выхода в открытый космос, чтобы дать своему телу передохнуть, а некоторые предпочитают выполнять дополнительную работу, чтобы улучшить силу хвата, что может им помочь. выполнять тонкие операции в громоздких перчатках.

У астронавтов есть свобода выбора, какие упражнения они хотят выполнять, но обычно они следуют программе. «Они способны полностью изменить ситуацию независимо от нас, но по большей части они следуют именно тому, что мы хотим, потому что они доверяют нашей команде, а мы занимаемся этим уже долгое время и добились большого успеха с это», — сказал Нишвиц.

Будущее тренировок в космосе

К этому моменту тренажеры на МКС уже довольно хорошо оптимизированы, и улучшения, как правило, носят постепенный характер — например, недавнее обновление велосипеда мощностью 350 Вт до велосипеда мощностью 500 Вт.

Что касается дальнейшего улучшения здоровья космонавтов в будущем, исследователи ищут проекты, которые могли бы поддержать здоровье другими способами, например, путем восстановления. Например, новый проект Европейского космического агентства (ЕКА) будет посвящен использованию электрической стимуляции мышц у астронавтов на космической станции.

Нервно-мышечная электрическая стимуляция (NMES) в основном используется на Земле для помощи пациентам в восстановлении после таких событий, как инсульт, и была протестирована на некоторых профессиональных спортсменах в качестве средства восстановления. Это не замена физических упражнений, но может быть полезно для облегчения боли после выполнения упражнения.

Когда дело доходит до применения NMES в космосе, «принцип точно такой же», как и на земле, сказала руководитель исследовательского проекта Алессандра Босутти из Университета Триеста в Италии. «Но разница в том, как мы применяем протоколы к астронавтам, потому что астронавты плавают».

В проекте Босутти используется небольшое устройство, которое астронавты прикрепляют к своему телу после тренировки, чтобы проверить, помогает ли оно их восстановлению. В течение следующих пяти-шести лет они будут собирать данные астронавтов до, во время и после их пребывания в космосе и сравнивать их с данными астронавтов, которые не используют это устройство.

«Идея состоит в том, что эта система может помочь ускорить восстановление, когда астронавты вернутся на Землю после миссии», — объяснил Босутти.

Их особенно интересуют более поздние периоды времени, которые астронавты проводят на станции, когда они пробыли там какое-то время и, вероятно, потеряли часть мышц. Исследователи хотят проверить, могут ли такие вмешательства, как NMES, помочь астронавтам поддерживать силу и мышечную массу, что особенно важно для долгосрочных миссий.

Взгляд на долгосрочную перспективу

В ожидании более длительных миссий, таких как теоретические миссии с экипажем на Марс, астронавты будут находиться вдали от Земли дольше, чем когда-либо. И у них будет очень ограниченное пространство для тренировок, и они смогут носить с собой лишь небольшой вес.

«Нам нужно оборудование меньшего размера, более легкое, простое в использовании и эффективное оборудование», — сказала Инес Антунес, руководитель службы поддержки исследований человека в Telespazio Европейского космического агентства (ЕКА). «Что-то вроде мышечной стимуляции является пассивным и подойдет для небольшой ограниченной миссии».

ЕКА рассматривает возможность таких разнообразных вмешательств, как тренировка участников в машинах с искусственной гравитацией , похожих на центрифуги, или использование аудиозаписей, похожих на медитацию , чтобы помочь астронавтам расслабиться, и все это в надежде уменьшить негативное воздействие космического полета на человеческое тело.

Помимо человеческого тела, исследователи стремятся оптимизировать среду, в которой будут работать астронавты, и все это во имя здоровья. «Даже такие простые вещи, как помощь космонавтам в голоде, чтобы они не теряли энергию», — сказал Антунес. «Такие вещи, как более хрустящая еда или более приятная обстановка, помогут им есть лучше».

Большая часть этих исследований охватывает не только упражнения, но также питание, добавки и пассивные вмешательства, такие как стимуляция мышц, а также наблюдение за тем, как все эти различные вмешательства взаимодействуют друг с другом.

«Мы никогда не сможем изучить одну систему организма индивидуально», — сказал Антунес, поскольку любое комплексное исследование должно рассматривать организм в целом, включая все: от сердечно-сосудистой системы до питания и психического здоровья. «Все это работает вместе. Если у кого-то не все в порядке с психикой, это повлияет на его иммунную систему. И если их иммунная система не в порядке, это повлияет на мышцы».