В космосе проведено крайне ограниченное число исследований искуственной гравитации (ИГ). Почти все исследования проводились на крысах в рамках советской программы "Космос". Однако для моделирования микрогравитации был проведен ряд наземных аналогичных исследований с использованием моделей постельного белья или животных.
Недавний анализ этих наземных исследований по декондиционированию показал, что «AG» работает так же эффективно, как и нынешние виды контрмер, применяемых на МКС в отношении сердечно-сосудистой системы.
Тем не менее, лишь немногие из этих исследований сосредоточены на эффективности ИГ на мышцах нижних конечностей и еще меньше - на скелетных изменениях. Исследования с использованием пассивной ИГ показали значительное снижение мышечной атрофии в латеральной оболочке бедра и значительное снижение атрофии мышц подошвы, однако результаты по параметрам кости оказались неубедительными.
Поскольку исследований ИГ на костно-мышечной системе человека мало, аналогом являются модели подвески задних конечностей животных в сочетании с центрифугированием. Некоторые из этих исследований показали, что один час в день 1,5 Гкс может значительно ослабить атрофию мышц у крыс.
Повышение эффекта искусственной гравитации с помощью физических упражнений
Немногие исследования оценивают эффективность физических упражнений в сочетании с ИГ для борьбы с заболеваниями опорно-двигательного аппарата.
В исследовании постельного режима Акима выявлено, что ИГ в сочетании с интенсивными циклическими тренировками поддерживали размер бедренной мышцы, но не силу.
Другие исследования, проведенные в паре «AG» с приседаниями или ступеньками лестниц, позволили оценить активизацию мышц и целесообразность проведения этих упражнений во вращающихся условиях.
Усиление эффекта искусственной гравитации с помощью вибрации
Для противодействия атрофии мышц и костей была также проведена оценка воздействия вибрации, при которой испытуемые прижимаются к платформе на частотах 20-45 Гц и амплитудах между 1,5 и 6 мм.
Вибрация всего тела доказала свою способность поддерживать мышечную силу и состав волокон в течение 55-дневного периода исследования состояния постельного режима.
Вибрационные упражнения также показали увеличение мышечной активации на 360,6 ± 57,5% и 151,4 ± 19,5% для желудочно-кишечного тракта и прямой кишки и бедренной кости, соответственно, в то время как пациенты выполняли приседания на одной и двух ногах.
Кроме того, вибрационные упражнения в сочетании с тренировками увеличили максимальную изометрическую прочность коленей у женщин в постменопаузе на 15% (p<0,05).
Наконец, мышечные силы в приседаниях на одной ноге с вибрацией значительно отличались от сил в приседаниях на двух ногах с вибрацией для всех групп мышц (p <0,05).
Оценка физиологических эффектов комбинированно - ИГ, физических упражнений и вибраций
Для того чтобы определить эффективность предлагаемой контрмеры, необходимо сравнить наземные силы реакции, силы реакции мышц и силы совместной реакции с iRED и нормальной 1-G активностью. Если эта предлагаемая контрмера способна превысить нагрузочную среду, созданную при использовании iRED в условиях микрогравитации, то сила мышц и костей может быть сохранена в большей степени, чем та, которая наблюдается в настоящее время у астронавтов на МКС.
Максимальная величина GRF на одну ногу, которая была получена от приседаний на двух ногах на iRED в параболическом полете, составила почти 0,5 киловатт. В настоящем исследовании GRF, образующиеся на одну ногу во время приседания на одной ноге, были на 144% выше, чем при приседании на двух ногах с использованием iRED.
В недавнем исследовании было установлено, что средняя сила приседания на одной ноге с использованием iRED на МКС составляет 0,59 кВт, а силы приседания одной ноги - 0,64 кВт. Насколько известно авторам, исследования по активации мышц или сил суставной реакции при использовании ARED или iRED в условиях микрогравитации не были опубликованы, что исключает возможность прямого сравнения с предложенной контрмерой.
В аналитической модели максимальная сила, оцениваемая в четырехглавой бедренной кости, составила 3500Н при максимальном сгибании колена 85 градусов. Сила групп мышц во время приседаний на одной ноге с вибрацией была значительно выше, чем при других трех состояниях.
Однако, поскольку не было обнаружено существенных различий между приседаниями с двумя ногами с вибрацией и без нее, спасительные эффекты вибрации, как представляется, проявляются в основном в приседаниях на одной ноге. Хотя силы суставной реакции увеличились только на 21% во время приседания на одной ноге с применением вибрации, мышечные силы значительно возросли
Моделирование вибрационных нагрузок было подтверждено как высокоэффективный стимулятор как для мышц, так и для костей, о чем свидетельствует значительное увеличение мышечных сил и сил суставной реакции.
Наиболее поразительно то, что после добавления вибрации усилие на стопы при приседаниях на одной ноге увеличивается на 60%. Этот большой, благотворный эффект с применением вибрации важен, так как стопы являются важными антигравитационными мышцами, которые подвергаются значительной декондиции в космосе.
Периодическая ИГ, как пассивная, так и в сочетании с физической нагрузкой, показала некоторые многообещающие результаты с такими параметрами мышц, как площадь поперечного сечения и молекулярные маркеры мышц. Однако полного сохранения этих параметров достигнуто не было. Вибрация может дать необходимый стимул для дальнейшего ослабления деградации мышц, а также для сохранения плотности костей.