science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Waarom moeten astronauten trainen op het internationale ruimtestation?

Astronaut Edward T. Lu oefent op de Cycle Ergometer met Vibration Isolation System (CEVIS) in het Destiny-laboratorium op het International Space Station (ISS). Waarom trainen astronauten aan boord van het ISS de hele tijd? Bekijk meer foto's van astronauten. Afbeelding met dank aan NASA

Als mensen op aarde besluiten te gaan sporten, ze doen dit om verschillende redenen. We oefenen om ons hart gezond te houden, spieren definiëren, stress verminderen of een beetje afvallen. Voor astronauten die in een omgeving leven zoals het internationale ruimtestation, echter, sporten is geen kwestie van kiezen - het is een noodzaak. Ze moeten om alle bovengenoemde redenen en meer in de ruimte blijven bewegen.

Als je stiekem een ​​kijkje hebt genomen in een van de dagelijkse schema's voor het internationale ruimtestation, je zou merken dat je veel beweegt. Hoewel de schema's altijd anders zijn en elke dag verschillende taken vereist, kan een dag vol interviews met tijdschriften en televisieprogramma's zijn, een andere dag kan een ruimtewandeling zijn om een ​​deel van het station te repareren - er zijn vier dingen die astronauten altijd zullen doen tijdens hun verblijf. Samen met eten, slapen en naar huis bellen om met familieleden te praten, beweging is een van de belangrijkste activiteiten op de drukke dag van een astronaut. In feite, astronauten krijgen maar liefst vier uur beweging in een periode van 16 uur.

Waarom trainen astronauten aan boord van het ISS zo veel? Naast fit blijven en op de hoogte blijven van hun spel, de belangrijkste reden waarom astronauten trainen tijdens een reis naar de ruimte, is omdat ze aan een aandoening lijden die lijkt op: osteoporose , een ziekte die resulteert in een aanzienlijke hoeveelheid botverlies. Maar wacht eens:zijn astronauten niet in topconditie? Hoe vreet het zijn in de ruimte aan je botten?

Waarom beïnvloedt het leven in de ruimte ons lichaam anders, en wat kunnen astronauten eraan doen? Zullen dumbbells het lukken, of hebben ze iets meer nodig? Om erachter te komen waarom astronauten opgepompt moeten blijven in de ruimte, lees de volgende pagina.

Het belang van fitness op het ISS

Astronaut G. David Low gebruikt een loopband aan boord van de spaceshuttle Columbia terwijl collega-bemanningsleden Daniel C. Brandenstein en James D. Wetherbee toekijken. Time Life Pictures/NASA/Getty Images

Wanneer een astronaut een lange tijd in de ruimte doorbrengt, hij of zij ervaart de effecten van microzwaartekracht en blijft de hele reis gewichtloos. In plaats van verankerd te blijven aan de vloer zoals we op aarde doen, astronauten drijven rond zoals zwemmers onder water doen, en ze moeten zich ergens aan vasthouden als ze stabiel willen blijven.

Onderzoekers hebben ontdekt dat na weken of maanden in een gewichtloze omgeving te hebben doorgebracht, astronauten verliezen een aanzienlijke hoeveelheid botmineraaldichtheid (BMD) . Het verlies van BMD in de wervelkolom, nek en bekken is ongeveer 1,0 tot 1,6 procent per maand, terwijl corticaal bot, de zware, buitenste deel van het bot rond het hele lichaam en benen, ervaart een verlies van ongeveer 0,3 tot 0,4 procent per maand. Ter vergelijking, een gezonde volwassene op aarde verliest in de loop van een decennium 3 procent van de corticale botstructuur - een astronaut zou dat veel kunnen verliezen in minder dan een jaar in de ruimte.

Het resultaat van dit botverlies is verzwakte botten die meer vatbaar zijn voor breken bij terugkeer naar de aarde. Bovendien, zelfs na een aantal jaren, de astronaut zal niet dezelfde botdichtheid hebben hersteld die hij of zij had voor de lancering.

Dus waarom gebeurt zoiets in de ruimte? Astronauten ervaren botverlies om dezelfde reden waarom chronisch bedlegerige patiënten dat doen:hun hele skelet draagt ​​geen gewicht. Ze gaan door een periode genaamd skelet lossen , waarbij botten het vermogen verliezen om nieuwe botcellen te maken en oude te vervangen. Ook de beweging van belangrijke mineralen zoals calcium en fosfor vertraagt.

Hoewel experts niet precies weten waarom dit gebeurt in microzwaartekracht, Dr. Roger K. Long, een endocrinologie-onderzoeker die onderzoek doet voor het National Space Biomedical Research Institute (NSBRI) is momenteel op zoek naar dit specifieke antwoord. Hij en zijn mentor, Dr. Daniel B. Bikle, geloof dat er drie stoffen in het spel zijn wanneer astronauten botverlies ondergaan: insuline-achtige groeifactor (IGF-1) , een chemische stof die in de botten wordt geproduceerd en die ervoor zorgt dat botten en kraakbeen groeien; IGF-1-receptor , die in botcellen wordt aangetroffen en hen in staat stelt te reageren op IGF-1; en beta-3 intergrin , een eiwit dat de IGF-1-receptorfunctie helpt. De onderzoekers geloven dat tijdens gewichtloosheid, het lichaam maakt minder bèta-3-integrine aan, wat het voor de IGF-1-receptor moeilijker maakt om berichten van IGF-1 door te geven aan de botcellen en hen te vertellen wat ze moeten doen. Het resultaat zou een afname van de botproductie en een toename van botverlies moeten zijn.

Welke oefeningen doen astronauten om het risico op botverlies te verminderen? En kunnen ze medicijnen gebruiken om te helpen? Voor meer informatie over de technieken en apparatuur die in de ruimte worden gebruikt, lees de volgende pagina.

Oefentechniek en uitrusting op het ISS

Astronaut Steven A. Hawley, missie specialist, draait op een loopband op het middendek van de Space Shuttle Columbia. De oefening hielp om het Treadmill Vibration Isolation System (TVIS) voor het International Space Station (ISS) te evalueren. Foto met dank aan NASA

Er zijn drie basisuitrustingen die astronauten gebruiken tijdens ruimtevluchten.

De loopband op het internationale ruimtestation, formeel de genoemd Trillingsisolatiesysteem voor loopbanden (TVIS) , is net als ieder ander op aarde, behalve dat het helemaal niet verbonden is met het station. Het zweeft gewoon rond zoals de astronauten. Dit heeft drie voordelen:Het gewicht van het station zelf is minder, er is een vermindering van trillingen en de loopband beweegt met de astronaut mee. Bemanningsleden moeten nog steeds een harnas dragen en zich vastmaken aan de loopband; anders, hun voeten zullen de machine eenvoudig van hen wegduwen als ze proberen te rennen.

Astronauten gebruiken ook de Fietsergometer met trillingsisolatiesysteem (CEVIS) , die in wezen een mechanische fiets is. De CEVIS is eigenlijk vastgeschroefd aan de vloer van het ISS, en astronauten maken hun schoenen vast met gespen en dragen veiligheidsgordels om zichzelf tegen te houden. Eindelijk, de Weerstandsoefeningsapparaat (ROOD) is een gewichthefapparaat dat de zwaartekracht simuleert. Zowel de CEVIS als de RED helpen bij het opbouwen van spieren en voorkomen spieratrofie , een andere aandoening die astronauten en bedlegerige patiënten ervaren na lange perioden van inactiviteit.

Zelfs met veel tijd gereserveerd voor lichaamsbeweging, astronauten lijden nog steeds aan kleine hoeveelheden botverlies. Dit vormt een probleem als we ooit willen dat mensen voor langere tijd op een plek als de maan blijven, waar veel minder zwaartekracht is. Omdat astronauten maar een paar weken of maanden achter elkaar in de ruimte blijven, we weten niet of botverlies uiteindelijk afneemt en stopt, of als het blijft gebeuren.

Wetenschappers bedenken nieuwe manieren om botverlies om te keren. Trilplaten waar astronauten 10 tot 20 minuten per dag op staan ​​tijdens het werk, bijvoorbeeld, kan het gevoel van het dragen van gewicht nabootsen en de hoeveelheid botverlies tijdens ruimtevluchten verminderen. NASA-onderzoekers hebben ook voorgesteld hele shuttles of stations te draaien om een ​​aanzienlijke zwaartekracht te creëren of grote centrifuges te ontwerpen om botverlies te overwinnen [bron:Houston Chronicle].

Astronauten letten ook goed op hun dieet en nemen calciumsupplementen in de voeding en andere medicijnen zoals biofosfonaten en kaliumcitraat, maar dit lost niet noodzakelijk iets op - de wortel van het probleem is nog steeds het gebrek aan zwaartekracht [bron:Dartmouth News].

Studies over hoe astronauten in de ruimte leven en proberen botverlies tegen te gaan, kunnen ook het leven hier op aarde ten goede komen. De Europees Ruimteagentschap (ESA) , bijvoorbeeld, houdt nauwlettend toezicht op en onderzoekt de astronautenactiviteit op het ISS -- het heeft samengewerkt met het Institute for Biomedical Engineering en Scanco Medical om een ​​speciale scanner te ontwerpen die hoogwaardige, 3D-beelden van botstructuren voor het bestuderen en meten van botgroei [bron:ESA]. Hun bevindingen kunnen zowel astronauten in de ruimte als patiënten die lijden aan osteoporose op aarde helpen. Ook al zijn de oorzaken achter osteoporose en botverlies bij astronauten verschillend -- de eerste gebeurt door hormonale veranderingen, de laatste door onderdrukking van het gewicht - de behandelingen kunnen vergelijkbaar zijn.

Voor veel meer informatie over wonen in de ruimte, zie de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe ruimtestations werken
  • Hoe Space Shuttles werken
  • Hoe werkt naar de badkamer gaan in de ruimte?
  • Hoe gewichtloosheid werkt
  • Hoe ruimtepakken werken
  • Hoe ruimtewandelingen werken
  • Hoe Space Food werkt
  • Hoe NASA werkt

Meer geweldige links

  • NASA

bronnen

  • Carreau, Markering. "Centrifuge, andere apparaten kunnen astronauten fit houden." Houston Chronicle. 19 april 2007. http://www.chron.com/disp/story.mpl/space/4728356.html
  • Groensfelder, Lies. "Waarom astronauten botverlies lijden." Medisch nieuws vandaag. 23 februari 2004. http://www.medicalnewstoday.com/articles/6098.php
  • Iwamoto, juni, Tsuyoshi Takeda en Yoshihiro Sato. "Interventies om botverlies bij astronauten tijdens ruimtevluchten te voorkomen." The Keio Journal of Medicine. Vol. 54, Num. 2, 2005. 55-59. http://www.kjm.keio.ac.jp/past/54/2/55.pdf
  • Sochaczewski, Paul en Andreas Leopold. "Wat is het verband tussen astronauten en osteoporose?" Internationale Osteoporose Stichting. 31 mei 2006. http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=19970
  • "Astronaut fitness/fysieke conditionering." National Aeronautics and Space Administration. http://www.nasa.gov/pdf/64247main_ffs_factsheets_fitness.pdf
  • "Onderzoekers van Dartmouth gaan computernetwerk ontwerpen om botverlies bij astronauten te monitoren." Dartmouth-nieuws. 23 juli 2001. http://www.dartmouth.edu/~news/releases/2001/july01/mobileagents.html
  • "Osteoporose bestrijden met ESA-innovaties." Europese ruimtevaartorganisatie. 9 mei 2005. http://www.esa.int/esaHS/SEMEZU2IU7E_business_0.html

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe nauwkeurig is ons mentale beeld van onszelf?
  2. De Krebs-cyclus en de Homeostasis
  3. Reproductie van plantaardige cellen
  4. Wanneer treedt melkzuurfermentatie op?
  5. De functies van de linker temporale kwab
  6. Law of Independent Assortment (Mendel): definitie, verklaring, voorbeeld
  7. Drie soorten vezelig bindweefsel
  8. Instrumenten gebruikt in de biologie

    Biologen en biologiestudenten gebruiken verschillende instrumenten in hun werk om kennis over levende wezens te verzamelen. Deze instrumenten en hulpmiddelen worden elk jaar gedetailleerder en hightech, evenals

  9. Maken planten muziek?

Wetenschap