fbpx
ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І миттєво отримуй 9 електронних журналів Куншт у подарунок.

Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

Читати

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Повідомлення успішно надіслано

Для пошуку
введіть назву запису
Космос — 12.04.21
ТЕКСТ: Олександр Скороход
Ілюстрації: Каталіна Маєвська
Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
Ctrl+Enter.
Через тренінг – до зірок

Людське тіло чудово пристосоване до умов життя на поверхні Землі, де діє сила тяжіння. Однак якщо ви мрієте полетіти у космос або ж взяти участь в колонізації Марсу, кружляти по кабіні буде весело тільки на початку. Адже відсутність звичної гравітації під час космічних польотів спричиняє зміни у роботі майже усіх систем організму. І хоча більшість з них тимчасові, вони можуть викликати серйозні проблеми зі здоров’ям, якщо не вживати відповідних заходів.

 

Фізичні тренування є одним із головних засобів для протидії негативним змінам в організмі, які виникають під час тривалого перебування на космічних просторах. Які ж саме зміни в організмі людини викликає перебування в космосі? Як тренуються космонавти і яке обладнання використовують?

Мікрогравітація — стан, у якому прискорення, викликане гравітацією, вкрай незначне, сама сила гравітації не змінюється. Наприклад, при обертанні тіла навколо планети швидкість обертання досить висока, а тому хоч і зберігається сила тяжіння до Землі, об’єкт, який обертається, може потрапляти у стан, близький до невагомості. На Міжнародній космічній станції усі тіла перебувають у стані мікрогравітації. Втім, стан повної невагомості, коли вага тіла дорівнює нулю, важкодосяжний, оскільки складно компенсувати явища на зразок ударів мікрометеорів, переміщення повітря і палива всередині космічного корабля, неоднорідного тяжіння самого космічного корабля.

Невагомість

 

12 квітня 1961 року на борту «Восток – 1» Юрій Гагарін здійснив перший в історії людства політ в космос, провівши 89 хвилин на орбіті Землі. Юрій був першою людиною, яка зіткнулася із явищем невагомості. Відтоді минуло 60 років, і за цей час у космос здійснили політ понад 500 людей1, побудовано Міжнародну космічну станцію (МКС), космонавти стали брати участь у довготривалих місіях, під час яких вони живуть і працюють в умовах часткової невагомості від кількох місяців до року.

 

Збільшення кількості космонавтів та тривалості їхнього перебування в космосі (а в середньому це понад 200 днів на рік на МКС), дозволили виявити глибокі та системні зміни2, що відбуваються в людському тілі в міру адаптації до умов мікрогравітації.

 

На жаль, зміни, що відбуваються під час такої адаптації, є несприятливими для життя в гравітаційному середовищі Землі: зменшення кісткової маси, об’єму та сили м’язів, зміни у роботі серцево-судинної системи, вестибулярного апарату. Тож не дивно, що після повернення учасники таких космічних подорожей подекуди не можуть самостійно пересуватися і часто непритомніють.

Основні зміни в умовах невагомості передбачають:

 

Перерозподіл рідин тіла

 

Під час космічного польоту об’єм нижніх кінцівок зменшується приблизно на 10%2, кров та інші рідини перерозподіляються від нижніх кінцівок до тулуба та голови. Крім того, загальний об’єм крові, яка циркулює тілом, також зменшується на 10%.

 

«Космічна» хвороба

 

Більшість космонавтів відчувають симптоми нейровестибулярної акліматизації3 протягом перших 1–2 днів після прибуття в космос. Це блідість обличчя, холодне потовиділення, дискомфорт у шлунку, нудота, головний біль та млявість. Існує також подібний період реакліматизації до сили тяжіння після повернення на Землю. Як правило, космічна хвороба – це короткочасне явище. І вже за 2–3 дні місії стан людини покращується чи взагалі нормалізується.

 

М’язова атрофія

 

М’язи втрачають і масу, і силу під час польоту в космос. Найбільших змін зазнають м’язи, що забезпечують підтримку постави і утримують наше тіло вертикально в гравітаційному середовищі. На щастя, загальна атрофія м’язів супроводжується зменшенням їхнього розміру, але не кількості м’язових волокон. Завдяки «м’язовій пам’яті» після повернення на Землю м’язи відновлять свою масу і силу, але на це знадобиться час і правильно побудована програма реабілітації.


Синтез білка в м’язових волокнах також зменшується, натомість збільшується руйнування білкових молекул. Крім того, біопсія м’язів після посадки свідчить про те, що відбувається часткове перетворення і заміна м’язових волокон першого типу (повільні) до типу другого4, що дозволяє м’язам скорочуватися швидше, але, як наслідок, прискорюється їхня втома.

 

Після двотижневого польоту в космос м’язова маса зменшується до 20%, а при тривалих місіях (3–6 місяців), навіть до 30%2. Основною причиною цієї атрофії м’язів є відсутність гравітаційного навантаження на кістки та м’язи під час польоту, а додатковими факторами можуть бути неоптимальне харчування та стрес.

 

Демінералізація кісток

 

Низка факторів у космічному середовищі призводить до втрати щільності кісток. Справа в тому, що кістка – це живий орган, що складається як з неорганічних речовин, так і живих клітин: остеобластів, остеоцитів та остеокластів, які забезпечують формування і підтримку структури кісток, а також їхню перебудову. На Землі під дією навантажень у кістках постійно відбувається утворення мікротріщинок, однак в переважній більшості випадків клітини кістки їх «ремонтують». За відсутності дії гравітації ремоделювання кісткової тканини ніяк не стимулюється, і поступово кістка втрачає таку здатність. Крім того, негативну роль відіграють низький рівень сонячного світла, що призводить до зниження рівня вітаміну D, а також досить високий рівень вуглекислого газу, що спричиняє респіраторний ацидозРеспіраторний ацидоз – патофізіологічний стан, що виникає при затримці виділення вуглекислого газу легенями внаслідок, наприклад, недостатньої вентиляції. Характеризується зміщенням кислотно-лужного балансу в крові та тканинах у бік закислення. Може супроводжуватися головним болем, млявістю, нудотою, діареєю та, навіть, загрожувати життю..

 

Втрата щільності кісткової тканини становить близько 1–2% на місяць у поперекових хребцях, тазу, шийці стегна, вертлюжній кістці, гомілці та п’ятковій кістці, себто в тих кістках, які на Землі втримують на собі масу нашого тіла5. Відповідно, за пів року польоту, космонавти можуть втрачати до 8–12% щільності кісток. Втім, існують великі відмінності у втраті щільності кісткової тканини як між окремими людьми, так і між окремими кістками в однієї людини. Відповідно, якщо не вживати контрзаходи, 2,5-річна подорож здорової людини до Марсу (з поверненням на Землю) може призвести до погіршення стану кісткової тканини до такого рівня остеопорозу, що остеобластиОстеобласти – молоді клітини, що створюють кісткову тканину. У вже сформованій кістці вони трапляються тільки в ділянках руйнування і відновлення кісткової тканини. просто не зможуть відновити кісткову архітектуру після повернення на Землю.

 

Після повернення на Землю втрата щільності кісткової тканини може тривати, а процес відновлення, можливо, затягнеться до трьох років після польоту2.

Під час польоту кістки не отримують достатньо навантаження і руйнуються, тому нирки активно виводять кальцій. А це може призводити до проблеми утворення «каменів» у нирках.

 

Дерегуляція імунної системи

 

Дерегуляція імунітету вперше спостерігалася ще після місій у 1960-х та 1970-х роках. Загалом, спостереження за імунним статусом космонавтів виявили численні зміни2: у розподілі циркулюючих лейкоцитів, у продукції цитокінів, зниження активності природних клітин-кілерів, зниження функції гранулоцитів, зниження активації Т-клітин, зміну рівня імуноглобулінів, зміну специфічного антивірусного імунітету, реактивацію прихованих вірусів герпесу6, зміни у нейроендокринних реакціях. Швидке порушення імунітету до, під час та після польоту в космос, ймовірно, відображає дуже високий рівень фізичного та психологічного стресу.

Психологічний аспект

 

Унікальне середовище космічних польотів (наприклад, екстремальні температурні показники, порушення режиму сну, шум), обмеженість простору та спілкування, напружений графік роботи на космічній станції можуть викликати неабиякий стрес. Саме тому, всі кандидати проходять ретельний відбір за критерієм психологічної стійкості, а також тренуються в умовах, що максимально імітують режим під час польотів.

 

Космос насправді – не надто гостиний до представників Homo sapiens.

 

Втім, останнім часом завдяки більш ретельній фізичній підготовці, оснащення МКС спеціальними тренажерами, а також оптимізації тренувальних протоколів та дієти ситуація значно покращилася.

 

Тренування – ключ до успішної космічної подорожі

 

Як показали дослідження7, аби летіти у не дуже сприятливе для людського тіла космічне середовище, хороша фізична форма ще до польоту надзвичайно важлива. Адже вона щонайменше гарантує, що під час перебування у космосі фізичні параметри та процеси детренованості будуть меншими, а відновлення параметрів після повернення на Землю відбуватиметься швидше.

 

Кожна людина буде реагувати на мікрогравітацію та інші фактори космічного простору досить індивідуально. Однак вимоги до «майбутніх підкорювачів космосу» більш-менш універсальні: відсутність хронічних захворювань, хороший стан серцево-судинної системи, достатня м’язова маса та щільність кісткової тканини. Саме тому тренування є частиною повсякденного розпорядку космонавта.

 

Аеробні навантаження на серцево-судинну систему створюються завдяки поєднанню бігу та їзди на велосипеді чи велотренажері. Саме ці активності в дещо адаптованих формах можна робити і на борту МКС.

 

Силові тренування проводять на спеціальному устаткуванні – багатофункційних тренажерах. Вони забезпечують підтримку м’язів у тонусі, а також зменшують втрату щільності кісток.

 

Крім того, час тренування забезпечує вкрай необхідний психологічний перепочинок, адже рівень інтенсивності роботи на МКС достатньо високий, і чимало факторів виснажують космонавтів психологічно.

Космічні тренування

 

Номінальна норма планової тривалості фізичних вправ для всіх людей, які перебувають на МКС, наразі становить 2,5 години на день1 разом із налаштуванням обладнання та особистою гігієною. Тож фактичний час, витрачений на фізичні вправи, становить приблизно 1,5 години на день.

 

Європейські космонавти виконують фізичні вправи сім днів на тиждень, зокрема 6–7 силових та 4–7 «кардіо» тренувань. Щоденні вправи складаються з одного силового і одного кардіотренування (на біговій доріжці або на велоергометрі). Ці тренування можуть проводитися підряд або ж розділятися на дві окремі сесії, залежно від того, як зручніше членам екіпажу. Якщо це дозволяє графік, то спершу проходить силове тренування, а вже через 4–6 годин8 – аеробне, аби досягнути максимального ефекту для тренованості м’язів.

 

Оскільки м’язи та кістки нижніх кінцівок найбільш вразливі до негативного впливу мікрогравітації, основні силові вправи спрямовані саме на їхнє зміцнення: присідання, підняття навшпиньки, станова тяга. Ці вправи обов’язково виконуються під час кожного сеансу з незначними варіаціями (наприклад, присідання сумоПрисідання сумо – одна з варіацій присідань, яка передбачає широку постановку ніг і пальці, спрямовані назовні під кутом 45 градусів. Таке положення дозволяє дати максимальне навантаження на м’язи-аддуктори стегон і сідниці.).

 

А от для того, щоб забезпечити космонавтам комплексне пропрацювання всього тіла та певне тренувальне різноманіття, додається низка інших силових вправ9: жим лежачи, скручування, імітація гребного тренажера. Ці вправи неоднакові на різних тренуваннях. Залежно від протоколу, кількість повторень вправ також відрізняється і може коливатися від 6 до 15, а кількість сетів – від 2 до 5.

 

На Землі проводиться постійний моніторинг стану організму космонавтів, а також необхідний супровід тренувань, аби забезпечити корекцію і максимально допомогти їм перебувати у найкращій формі.

Космічні тренажери

 

Все обладнання, яке є на космічній станції, є дуже спеціалізованим і розробленим для тренування в умовах невагомості.

 

Бігові доріжки

 

Для підтримки в тонусі м’язів космонавтів, а також зменшення детренованості серцево-судинної системи використовують спеціальні бігові доріжки1, яких наразі три на МКС.

 

Найстарішою є бігова доріжка з системою віброізоляції та стабілізації (Treadmill Vibration Isolation System, TVIS), яка забезпечує швидкість до 16 км/год. Новіші моделі, американська бігова доріжка другого покоління (COLBERT або T2)10 та російська BD-2 забезпечують швидкості до 20,4 км/год і до 20 км/год відповідно. Цікаво, що сама тільки платформа COLBERT важить приблизно 997 кілограмів!

 

Особливості космічної бігової доріжки в тому, що для погашення коливань, які створюють космонавти під час бігу, існує спеціальна система віброізоляції. Крім того, для занять екіпажу доводиться надягати ремені, які притягують плечі і талію вниз, до полотна доріжки, аби людина не відлітала після кожного кроку в протилежний куток станції.

 

Велотренажери

 

Для серцево-судинних вправ є два велоергометри1 (електромагнітні велотренажери): розроблений в США велоергометр з віброізоляцією та стабілізацією (CEVIS), що забезпечує навантаження від 25–350 Вт, та російський VELO (100–250 Вт). CEVIS11 подібний до стаціонарного механічного велотренажера, щоправда розташовується на спеціальній віброізоляційній системі та прикріплений до МКС системою фіксації.

 

Як і у випадку з біговою доріжкою, перед тренуванням на велоергометрі космонавти мають зафіксувати себе ременями, а також одягнути спеціальне взуття, яке, подібно до контактних велотуфель, фіксує ноги на педалях. Можна змінювати швидкість і силу, з якою потрібно тиснути на педалі, щоб максимізувати ефективність свого тренування. 

 

Велоергометр VELO також можна використовувати для певних видів силових тренувань завдяки знімним педалям та прикріпленим паскам, що створюють додаткове силове навантаження до 30 кг.

 

Силовий тренажер

 

Першим силовим тренажером, який доставили на МКС у кінці 2000 року, був iRED –  тимчасовий пристрій для силових вправ, який забезпечував навантаження від 5 до 136 кг12. Втім, через складність із його встановленням, експлуатацією, а також недостатній рівень навантаження його використання не вплинуло суттєво13 на стан м’язів та кісток космонавтів, які ним користувалися, і забезпечувало не більший захист кісток, ніж пристрої, що використовувались у попередніх космічних програмах (наприклад, на станції «Мир»), де були доступні лише аеробні вправи на доріжці та велоергометрі.

 

Наприкінці 2008 року на МКС доставили ARED, вдосконалений пристрій для силових вправ (англ. advanced resistive exercise device), здатний забезпечувати навантаження від 2,2 до 276 кг1. Цей тренажер виявився більш надійним та багатофункційним для виконання різноманітних вправ.

 

Після встановлення ARED на МКС відносна частка силових тренувань у космонавтів під час польоту збільшилася на 33–46%1. А от аеробні тренування на бігових доріжках та велоергометрах, навпаки, зменшилися на 42–33% і 26–20% відповідно.

Оцінка та моніторинг стану 

 

Моніторинг та оцінка фізичного стану космонавтів ретельно проводиться як перед польотом, так і під час перебування на МКС, а також після повернення на Землю. Їхні результати використовуються для виявлення змін, спричинених космічним польотом, корекції тренувальної програми під час польоту, а також – оптимізації процедури післяполітного відновлення.

Багато хто в дитинстві мріє стати космонавтом та відправитися досліджувати далекі зірки та планети. Однак умови на Землі кардинально відрізняються від тих, з якими люди стикаються у відкритому космосі. Тож якщо ви серйозно налаштовані стати підкорювачем Всесвіту – не поспішайте купувати квиток на туристичний політ. Почніть із абонементу до тренажерного залу та регулярних тренувань. Адже сильні м’язи та міцні кістки вам неодмінно стануть у пригоді!

ТЕКСТ: Олександр Скороход
Ілюстрації: Каталіна Маєвська
Статті