Подробнее почитать о самих экспериметах можно в моей статье «искусственная гравитация как контрмера для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата».
Ограничения
При проектировании вариантов создания искусственной гравитации исследователи столкнулись с некоторыми ограничениями, вызванными главным образом практическими проблемами, нехваткой времени и физиологических данных МКС для сравнения с результатами реального исследования.
Во-первых, такой эксперимент не давал непосредственной оценки способности упражнений предотвратить декондиционирование, так как для этого потребовались бы недели постельного режима и много предметов.
Вместо этого, выводы основаны на относительной активации мышц и сил суставной реакции, полученных с помощью цифровой модели, и сравниваются с результатами исследований iRED и наземных исследований.
Следует отметить, что физиология костно-мышечных заболеваний является сложной и не может быть полностью оценена по величине стимула к костям и мышцам, однако, силы мышц и силы суставной реакции являются определяющим фактором и были выбраны, потому как они являются одними из наиболее часто анализируемых показателей.
Кроме того, эксперименты с приседанием проводились в 1-G, а не на вращающейся центрифуге, поскольку система захвата движения Викона использовалась в стационарных условиях. Поэтому силы Кориолиса и градиенты гравитации не присутствовали при моделировании кинематики и динамики.
Однако было определено, что силы Кориолиса и градиенты гравитации не оказывают существенного влияния на двуногую биомеханику приседания при центрифугировании. Кроме того, в «OpenSim» не удалось смоделировать ускорения больше 1-G, характерные для экспериментов с ИГ, что привело бы к увеличению мышечных и суставных сил и, следовательно, к повышению эффективности протокола тренировок.
Наконец, поскольку не было доступа к вибрационной платформе, все эксперименты проводились, стоя на стационарных силовых плитах, а вибрация моделировалась в «OpenSim». Точность этого метода зависит от предположения о том, что кинематика испытуемого не изменилась бы, если бы упражнение выполнялось с вибрацией. Это предположение представляется обоснованным на основании исследований, которые показали, что вибрация едва различима
Технико-экономическое обоснование
Искусственная гравитация потенциально может стать всеобъемлющей контрмерой, хотя центрифуга, подходящая для человека, еще не реализована в космосе. Это объясняется рядом причин, включая ограничения по объему космических аппаратов и программные ограничения.
В связи с ограниченной мощностью, предусмотренной для миссий исследовательского класса, центрифуга в космосе может быть ограничена использованием только человеческой энергии.
Велоспорт оказался единственным видом транспорта, способным обеспечить работу центрифуги. Для этого необходимо использовать велоэргометр на одной руке центрифуги, в то время как в двухрукавной центрифуге второй рукав может использоваться в качестве вибрационной платформы для приседаний и прессов.
Таким образом, члены экипажа могли использовать ИГ в сочетании с велоспортом для сердечно-сосудистой контрмеры, а ИГ в сочетании с приседаниями и вибрацией - для контрмеры в области опорно-двигательного аппарата.
Когда членов экипажа отправляют в интересные места за пределы низкой околоземной орбиты на длительные полеты, потребуется более эффективная система контрмер; «AG» в сочетании с приседаниями и вибрацией может стать такой контрмерой для опорно-двигательного аппарата.
Другим практическим ограничением предлагаемого проекта является дополнительное время, необходимое экипажу для выполнения приседаний на одной и двух ногах.
Предполагается, что дополнительного времени центрифугирования не потребуется. Поскольку приседания с одной ногой являются более напряженными, вероятно, что объект не сможет выполнить столько повторений, сколько возможно при приседаниях на двух ногах.
Описанная контрмера предполагает использование приседаний на одной ноге, потому что упражнение более сложное и создает большую нагрузку, чем приседания на двух ногах.
Более высокая мышечная активность, вызванная тем, что вес тела поднимается одной ногой, а не двумя, увеличивает нагрузку на кости и, следовательно, напряжение. В результате, приседания на одной ноге могут предотвратить разрушение костей в большей степени, чем на двух.
Потребуется дальнейшая работа для непосредственной оценки способности этой предлагаемой контрмеры ограничить атрофию мышц и потерю костей.
В частности, должно быть проведено исследование состояния постельного режима, в ходе которого исследуемые подвергаются 90 дням постельного режима с «AG» или без «AG» в сочетании с тренировками с упражнениями и вибрацией.
Искусственную гравитацию рекомендуется применять в качестве контрмеры с учетом ее потенциала в качестве многосистемной контрмеры.
Заключение
Декондиционирование костно-мышечной системы в условиях микрогравитации представляет собой потенциально серьезный риск для здоровья астронавтов во время длительных полетов. Для снижения потерь костей и атрофии мышц была предложена контрмера, сочетающая ИГ, физические упражнения и вибрацию, которая обеспечит усиленный стимул для мышц и костей.
Физиологический эффект от назначенного упражнения был смоделирован с помощью предмета захвата движения и кинематического моделирования в числовой модели для определения активации мышц и сил суставной реакции. Было установлено, что предлагаемая контрмера потенциально может обеспечить более высокую мышечную активацию и суставные силы, чем нынешние контрмеры в ходе учений.
Наконец, была доказана новая методика численного моделирования, которая может быть использована для проверки эффективности различных протоколов испытаний до проведения более строгих экспериментов, таких как исследование постельного режима.