O nouă cercetare desfășurată la Stația Spațială Internațională (ISS) se concentrează pe modul în care exercițiile fizice minimaliste pot ajuta astronauții să-și mențină sănătatea musculară și oaselor în timpul misiunilor spațiale de lungă durată.
În absența gravitației continue a Pământului, țesuturile care alcătuiesc oasele se remodelează în microgravitate. Celulele osoase își ajustează comportamentul – celulele care construiesc os nou încetinesc, în timp ce celulele care descompun osul vechi sau deteriorat continuă să funcționeze în ritmul lor normal, astfel încât descompunerea depășește creșterea, rezultând oase mai slabe și fragile. Pentru fiecare lună petrecută în spațiu, oasele care susțin greutatea astronauților devin aproximativ cu 1% mai puțin dense dacă aceștia nu iau măsuri de contracarare a acestei pierderi.
De asemenea, mușchii, care sunt de obicei activați prin simpla mișcare pe Pământ, se slăbesc și ei pentru că nu mai este nevoie să lucreze la fel de mult. Această pierdere de os și mușchi se numește atrofie. Atrofia are consecințe grave asupra sănătății astronauților. Pe Pământ, pierderea de mușchi și oase sau atrofia apar și ca rezultat al îmbătrânirii normale, a unui stil de viață sedentar și a bolilor. Aceasta poate provoca probleme grave de sănătate, de la leziuni cauzate de căderi, osteoporoză, până la multe alte probleme medicale. În timp ce cercetătorii înțeleg cauzele generale ale atrofiei, ei continuă să investigheze mecanismele fundamentale și factorii care contribuie la atrofia musculară și osoasă indusă de microgravitație. O mare parte a cercetării se concentrează pe determinarea combinației corecte de dietă, exerciții fizice și medicamente pentru a menține sănătatea astronauților în timpul misiunilor și atunci când aceștia se întorc pe Pământ sau pășesc pe Lună sau pe Marte.
În prezent, echipajele de la Stația Spațială Internațională se antrenează în fiecare zi timp de aproximativ două ore. Astronauții utilizează biciclete stationare și benzi de alergat pentru a-și menține mușchii și oasele în formă. Cu toate acestea, aceste echipamente sunt prea mari pentru a fi aduse la bordul unei navete spațiale în timpul misiunilor de durată, unde spațiul este limitat. Din acest motiv, cercetătorii se întreabă dacă exercițiile fizice minimaliste, care nu necesită echipamente mari sau deloc, pot oferi o activitate fizică adecvată ocupând mai puțin spațiu.
Un studiu în particular, numit Zero T2, are ca scop compararea performanței și recuperării musculare a astronauților care nu utilizează banda de alergat cu aceia care o folosesc. Prin acest studiu, cercetătorii doresc să determine dacă exercițiile fizice minimaliste pot oferi aceleași beneficii ca și cele clasice, cu echipamente mai mari.
Un alt aspect important în motivarea astronauților de a face exerciții fizice în spațiu este crearea unei experiențe de realitate virtuală. Prin intermediul tehnologiei VR, astronauții pot călători virtual în timp ce pedalează pe bicicleta de exerciții. Această abordare ajută astronauții să se bucure de timpul petrecut în exerciții fizice, oferindu-le o experiență mai plăcută și distractivă.
Pe lângă testarea regimului de exerciții fizice, cercetătorii doresc să înțeleagă cum exercițiile fizice sunt percepute de către corpul uman în microgravitație. Exercițiile fizice complete afectează întregul sistem musculoscheletic. Analiza cinematicii ARED (Advanced Resistive Exercise Device) are ca scop înțelegerea modului în care tensiunea musculară, stresul osos și alți factori interni afectează corpul în timpul exercițiilor fizice în microgravitație. Măsurarea corpului în timpul exercițiilor spațiale poate ajuta oamenii de știință să înțeleagă modul în care astronauții trebuie să-și adapteze exercițiile fizice în microgravitație pentru a-și menține sănătatea în timpul misiunilor spațiale de lungă durată.
Cercetarea a arătat că antrenamentul fizic înainte de zbor îmbunătățește performanța astronauților în timpul șederii pe stație, la fel cum antrenamentul pre-sezon ajută sportivii în competițiile ulterioare. Această investigație are ca scop determinarea programelor optime de exerciții fizice pentru a pregăti astronauții înaintea unei misiuni, pentru a limita efectele microgravitației în timpul unei misiuni și pentru a permite o recuperare rapidă și sigură după revenirea pe Pământ.
Căutarea unor tratamente pentru atrofia osoasă în spațiu se suprapune cu cercetările privind pierderea osoasă asociată cu osteoporoza de pe Pământ. Unele experimente, precum Vertebral Strength, realizează scanări detaliate ale oaselor și mușchilor care susțin coloana vertebrală a astronauților înainte și după zbor, oferind cercetătorilor informații despre forța musculoscheletală globală. Medicamentele utilizate pentru prevenirea pierderii osoase pe Pământ, cum ar fi inhibitorii de miostatină, pot preveni cu succes pierderea osoasă și musculară atât la astronauți, cât și la modelele animale din spațiu.
Dispozitivele numite “tissue chips” sunt mici dispozitive care imită funcțiile complexe ale unor țesuturi și organe specifice. În loc să aducă un întreg organ pentru studiu în spațiu, cercetătorii pot trimite o mică mostră într-un dispozitiv portabil. Un experiment cu astfel de “tissue chip”, numit Human Muscle-on-Chip, utilizează un model tridimensional al fibrelor musculare create din celule musculare prelevate de la adulții tineri și mai în vârstă pentru a studia modificările funcției musculare în microgravitație. Pulsurile electrice determină contractarea țesutului, asemănător cu modul în care mușchii noștri se contractă atunci când îi folosim. Cercetătorii au descoperit o scădere a expresiei genelor implicate în creșterea și metabolismul muscular în celulele musculare expuse la spațiu, cu diferențe în funcție de vârsta indivizilor de la care provin mostrele de țesut.
Înțelegerea modului de prevenire și tratament al atrofiei musculare și pierderii osoase este deosebit de importantă în contextul planurilor NASA de a trimite misiuni pe Lună și Marte. Odată ajunși acolo, astronauții ar putea fi nevoiți să desfășoare activități solicitante într-o gravitație parțială după o lungă perioadă petrecută în aproape imponderabilitate. CIPHER este un experiment integrat care măsoară schimbările psihologice și fiziologice – inclusiv pierderea osoasă și musculară – la membrii echipajului în misiuni cu durate cuprinse între câteva săptămâni și un an. Pe măsură ce NASA își propune misiuni mai lungi în spațiul cosmic, oamenii de știință doresc să știe: modifică misiunile lungi corpul fizic al astronauților mai mult decât misiunile scurte? Se stabilizează schimbările la anumite sisteme după o anumită perioadă de timp petrecută în spa
In microgravity, without the continuous load of Earth’s gravity, the tissues that make up bones reshape themselves. Bone cells readjust their behaviors—the cells that build new bone slow down, while the cells that break down old or damaged bone tissue keep operating at their normal pace so that breakdown outpaces growth, producing weaker and more brittle bones. For every month in space, astronauts’ weight-bearing bones become roughly 1% less dense if they don’t take precautions to counter this loss. Muscles, usually activated by simply moving around on Earth, also weaken because they no longer need to work as hard. This loss of bone and muscle is called atrophy.
Atrophy has serious implications for astronaut health. On Earth, muscle and bone loss or atrophy also occur from normal aging, sedentary lifestyles, and illnesses. This may cause serious health issues from injuries due to falls, osteoporosis, or many other medical problems.
While researchers understand broad causes of atrophy, they continue to investigate the fundamental mechanisms and contributing factors of microgravity-induced muscle and bone atrophy. Much research focuses on determining the right combination of diet, exercise, and medication to keep astronauts healthy during missions and when they return to Earth or set foot on the Moon or Mars.
Exercise & Forces
Each astronaut aboard the space station engages the muscles, bones, and other connective tissues that comprise their musculoskeletal systems using Earth-like exercise regimens. Crews exercise for an average of two hours a day.
Astronauts have biked on stationary bicycles and run on treadmills in space for decades. One of the first missions on the space station flew TVIS, a treadmill with a harness to keep the user tethered to the machine and add some gravity-like force.1 A current piece of equipment called ARED allows astronauts to mimic weightlifting in microgravity.
Unfortunately, these machines are too large to bring aboard a spacecraft for long duration space flight where room is at a premium. So scientists are curious: Could exercises using minimal or no equipment could provide adequate physical activity while taking up less room?
One study in particular aims to find out. For the Zero T2 experiment, some astronauts do not use the treadmill and instead simply perform aerobic and resistance exercises. Researchers plan to compare their muscle performance and recovery to their crewmates who did use the treadmill.
The motivation to exercise is a major hurdle both on Earth and on the space station. Two hours or more of exercise a day is a large chunk of time! VR for Exercise focuses on developing a virtual reality environment astronauts can pedal through while on the station’s exercise bicycle. It’s more than just a different view—creating an immersive experience helps astronauts enjoy their time exercising.
In addition to testing the exercise regime itself, researchers want to understand how the body experiences exercise in microgravity. Full-body exercise affects the entire musculoskeletal system. ARED Kinematics analyzes how muscle strain, bone stress, and other internal factors affect the body while exercising in microgravity. Measuring the body during space workouts can help scientists understand how astronauts need to adapt exercises in microgravity to preserve and optimize their health during long duration spaceflight missions. Researchers found that pre-flight exercise training improves performance on station, just as pre-season training helps athletes in later competition. 2 The investigation aims to determine optimal exercise programs to prepare astronauts before a mission, limit the effects of microgravity during a mission, and enable safe and rapid recovery postflight.2
The search for treatments for bone atrophy in space overlaps with research on bone loss associated with osteoporosis on Earth. Some experiments, like Vertebral Strength, capture detailed scans of astronauts’ bones and muscles supporting the vertebral column before and after flight, providing researchers with information about overall musculoskeletal strength.
Drugs used to prevent bone loss on Earth, such as myostatin inhibitors, also may successfully prevent bone and muscle loss in both astronauts and animal models in space. Rodent Research 19 (RR-19) tested this drug during spaceflight.3 Developing drugs to treat bone loss could benefit people on Earth as well as provide countermeasures for those on long-duration space missions.
Tissue chips are small devices that imitate complex functions of specific tissues and organs. Rather than bringing a whole organ to study in space, researchers can send a small sample in a handheld device. One tissue chip experiment, Human Muscle-on-Chip, used a 3D model of muscle fibers created from muscle cells of young and older adults to study muscle function changes in microgravity. Electrical pulses cause the tissue to contract, just like the muscles in our bodies when we use them. Researchers found decreased expression of genes related to muscle growth and metabolism in muscle cells exposed to space, with differences based on the age of the individuals that the tissue samples came from.4
Understanding how to prevent and treat muscle atrophy and bone loss is particularly important as NASA plans missions to the Moon and Mars. Once they arrive, astronauts may need to perform strenuous activity in partial gravity after a long time in near weightlessness.
CIPHER is an integrated experiment measuring psychological and physiological changes—including bone and muscle loss – in crew members on missions ranging in length from a few weeks to one year. As NASA sets goals or longer missions deeper into space, scientists want to know: Do long missions change astronauts’ physical bodies more than shorter missions? Do changes to certain systems plateau after a certain amount of time in space? Do any changes feed back to affect different biological systems? NASA needs such data to best prepare astronauts to achieve agency exploration goals.
Through CIPHER, NASA can conduct the same research over missions of different durations. This allows scientists to extrapolate to multi-year missions, such as a three-year round trip to Mars. Findings could be key to developing protective strategies and safeguarding crew members for exploration missions to the Moon and Mars.
Studying bone and muscle loss aboard the space station is advancing the development of strategies that keep space travelers safe and treatments for people on Earth with disease-related and age-related bone and muscle atrophy.
Resources for Additional Learning
Search this database of scientific experiments to learn more about those mentioned above: Space Station Research Explorer
Citations:
Belyaev MY, Babkin EV, Ryabukha SB, Ryazantsev AV. Microperturbations on the International Space Station during physical exercises of the crew. Cosmic Research. 2011 April 16; 49(2): 160-174. DOI: 10.1134/S0010952511010011.
Lambrecht G, Petersen N, Weerts G, Pruett CJ, Evetts SN, Stokes M, Hides JA. 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
Lee S, Lehar A, Meir JU, Koch C, Morgan A, Warren L, Rydzik R, Youngstrom DW, Chandok H, George J, Gogain J, Michaud M, Stoklasek TA, Liu Y, Germain-Lee EL. Targeting myostatin/activin A protects against skeletal muscle and bone loss during spaceflight. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2020 September 2; 117(38): 23942-23951. DOI: 10.1073/pnas.2014716117. PMID: 32900939.
Parafati M, Giza S, Shenoy T, Mojica-Santiago JA, Hopf M, Malany LK, Platt D, Moore I, Jacobs ZA, Kuehl P, Rexroat JT, Barnett G, Schmidt CE, McLamb WT, Clements TS, Coen P, Malany S. Human skeletal muscle tissue chip autonomous payload reveals changes in fiber type and metabolic gene expression due to spaceflight. npj Microgravity. 2023 September 15; 9(1): 77. DOI: 10.1038/s41526-023-00322-y.
In this STEMonstration, NASA Astronaut Joe Acaba stresses the importance of exercising in orbit, and dives into the science behind what happens to bones and muscles in microgravity.
Acest titlu a fost scris de inteligență artificială Chat GPT, unele date pot fi incorecte. Pentru stirea originala, verificati sursa: Link catre sursa
Precizări: Legea 190 din 2018, la articolul 7, menţionează că activitatea jurnalistică este exonerată de la unele prevederi ale Regulamentului GDPR, dacă se păstrează un echilibru între libertatea de exprimare şi protecţia datelor cu caracter personal.
Mai multe gasiti pe pagina de Facebook stiridinromania.ro!
Daca ati fost martorii unui eveniment sau ai unei situatii neobisnuite care ar putea deveni subiect de stire, contactati-ne la admin @ stiridinromania.ro sau pe contul nostru de Facebook stiridinromania.ro!
O particularitate majoră care face sectorul construcțiilor atractiv este existența încasărilor mari. O înființare inteligentă de firmă construcții /...
În contextul comunicărilor recente privind necesitatea limitării internărilor în unele unități sanitare, Casa Națională de Asigurări de Sănătate face...
Ministerul Economiei, Digitalizării, Antreprenoriatului și Turismului (MEDAT), împreună cu Ministerul Mediului, Apelor și Pădurilor (MMAP), în calitate de coinițiatori,...
Bună dimineața, iată cele mai recente evoluții ale conflictului din Orientul Mijlociu.Declarații contradictorii legate de presupuse negocieri de pace....
Folosim tehnologii precum cookie-urile pentru a stoca și/sau accesa informații despre dispozitiv. Facem acest lucru pentru a îmbunătăți experiența de navigare și pentru a afișa anunțuri personalizate. Consimțământul pentru aceste tehnologii ne va permite să procesăm date precum comportamentul de navigare sau ID-uri unice pe acest site. Neconsimțământul sau retragerea consimțământului pot afecta negativ anumite caracteristici și funcții.
Funcționale
Mereu activ
Stocarea tehnică sau accesul sunt strict necesare în scopul legitim de a permite utilizarea unui anumit serviciu cerut în mod explicit de către un abonat sau un utilizator sau în scopul exclusiv de a executa transmiterea unei comunicări printr-o rețea de comunicații electronice.
Preferințe
Stocarea tehnică sau accesul este necesară în scop legitim pentru stocarea preferințelor care nu sunt cerute de abonat sau utilizator.
Statistici
Stocarea tehnică sau accesul care sunt utilizate exclusiv în scopuri statistice.Stocarea tehnică sau accesul care sunt utilizate exclusiv în scopuri statistice anonime. Fără o citație, conformitatea voluntară din partea Furnizorului tău de servicii de internet sau înregistrările suplimentare de la o terță parte, informațiile stocate sau preluate numai în acest scop nu pot fi utilizate de obicei pentru a te identifica.
Marketing
Stocarea tehnică sau accesul sunt necesare pentru a crea profiluri de utilizator pentru a trimite publicitate sau pentru a urmări utilizatorul pe un site web sau pe mai multe site-uri web în scopuri de marketing similare.
Folosim tehnologii precum cookie-urile pentru a stoca și/sau accesa informații despre dispozitiv. Facem acest lucru pentru a îmbunătăți experiența de navigare și pentru a afișa anunțuri personalizate. Consimțământul pentru aceste tehnologii ne va permite să procesăm date precum comportamentul de navigare sau ID-uri unice pe acest site. Neconsimțământul sau retragerea consimțământului pot afecta negativ anumite caracteristici și funcții.