کاهش وزن در فضا
تأثیر اقامت طولانی در فضا بر مغز، چشم و روده فضانوردان
رکورد طولانی‌ترین مأموریت فضایی تاکنون ۴۳۷ روز بوده است، اما اقامت طولانی‌مدت در مدار زمین میتواند بدن فضانوردان را به شکل‌های شگفت‌آوری دگرگون کند. این شرایط نه‌تنها بر عضلات و استخوان‌ها، بلکه بر مغز و حتی میکروبیوم روده فضانوردان نیز تأثیر می‌گذارد.
در غیاب نیروی جاذبه، توده عضلانی و استخوانی به‌سرعت شروع به تحلیل رفتن می‌کند.
عضلاتی که بیشترین آسیب را متحمل می‌شوند، همان‌هایی هستند که نقش کلیدی در حفظ وضعیت بدن دارند، از جمله عضلات کمر، گردن، ساق پا و چهارسر ران. در شرایط بی‌وزنی، این عضلات دیگر تحت فشار جاذبه قرار ندارند و به‌تدریج ضعیف شده و تحلیل می‌روند.
سونیتا ویلیامز و بوچ ویلمور،
دو فضانورد باتجربه ناسا، هرگز تصور نمی‌کردند که مأموریت آن‌ها به جای هشت روز، به یک اقامت ۹ ماهه در فضا تبدیل شود. آن‌ها در ژوئن ۲۰۲۴ با فضاپیمای استارلاینر شرکت بوئینگ به ایستگاه فضایی بین‌المللی سفر کردند، اما نقص فنی موجب شد فضاپیما بدون آن‌ها به زمین بازگردد و در نتیجه، مدت اقامتشان در فضا فراتر از برنامه اولیه شد.
گرچه این دو فضانورد با شرایط سخت فضا بیگانه نبودند، اما بی‌وزنی و اقامت طولانی‌مدت در محیط میکروگرانشی تأثیرات قابل‌توجهی بر بدن هر فضانورد می‌گذارد. بررسی‌های علمی نشان می‌دهند که اقامت در مدار زمین باعث تغییراتی در عضلات، تراکم استخوان، ساختار مغز و حتی باکتری‌های روده می‌شود.
رکورد طولانی‌ترین سفر فضایی تاکنون در اختیار فرانک روبیو، فضانورد ناسا،
است که ۳۷۱ روز را در ایستگاه فضایی بین‌المللی سپری کرد. این ایستگاه، با ساختاری پیچیده متشکل از ماژول‌های مختلف و پنل‌های خورشیدی غول‌پیکر، به‌اندازه یک زمین فوتبال آمریکایی وسعت دارد و تاکنون میزبان بسیاری از مأموریت‌های فضایی بوده است.
اما زندگی طولانی‌مدت در چنین محیطی چالش‌های خاص خود را به همراه دارد که دانشمندان همچنان در حال بررسی آن‌ها هستند.
چالش‌های اقامت طولانی در فضا؛ از رکوردهای فضایی تا آمادگی برای سفر به مریخ
فرانک روبیو، فضانورد ناسا، توانست رکورد بیشترین اقامت متوالی یک فضانورد آمریکایی در فضا را بشکند. او که قرار بود پس از ۳۵۵ روز به زمین بازگردد، به دلیل نشت خنک‌کننده در فضاپیما مجبور شد تا مارس ۲۰۲۳ در ایستگاه فضایی بین‌المللی بماند. این تأخیر، مدت اقامت او را به ۳۷۱ روز رساند. در نهایت، روبیو در اکتبر ۲۰۲۳ به زمین بازگشت؛ اما این مأموریت طولانی باعث شد که او ۵۹۶۳ بار به دور زمین بچرخد و مسافتی حدود ۲۵۳ میلیون کیلومتر را طی کند.
با این حال، روبیو همچنان از رکورد طولانی‌ترین اقامت در فضا که متعلق به والری پولیاکوف، فضانورد روس است، فاصله داشت. پولیاکوف در دهه ۱۹۹۰، به مدت ۴۳۷ روز در ایستگاه فضایی میر اقامت داشت و هنوز رکورد او در میان فضانوردان بی‌رقیب باقی مانده است.
در سپتامبر ۲۰۲۴، دو فضانورد روس، اولگ کونوننکو و نیکلای چوب، رکورد جدیدی را در ایستگاه فضایی بین‌المللی ثبت کردند.
آن‌ها ۳۷۴ روز را در مدار زمین گذراندند
و همراه با تریسی دایسون، فضانورد آمریکایی، که شش ماه در ایستگاه فضایی بود، با فضاپیمای سایوز ام‌اس-۲۵ به زمین بازگشتند.
کونوننکو هنگام خروج از کپسول در جزقازغان، قزاقستان، با لبخندی بزرگ و نشان دادن علامت موفقیت، رکورد جدیدی را جشن گرفت.
او اکنون دارنده رکورد بیشترین زمان اقامت در فضا در طول دوران حرفه‌ای خود است و تاکنون ۱۱۱۱ روز را در مدار زمین سپری کرده است.
چالش‌های سفرهای فضایی طولانی‌مدت
در طول این اقامت طولانی، کونوننکو و چوب ۵۹۸۴ بار به دور زمین چرخیدند و بیش از ۲۵۴ میلیون کیلومتر را طی کردند.
اما بی‌وزنی تأثیرات چشمگیری بر بدن آن‌ها گذاشت، به طوری که هنگام بازگشت، برای خروج از کپسول به کمک تیم‌های بازیابی نیاز داشتند.
این موضوع نشان می‌دهد که اقامت طولانی‌مدت در فضا همچنان چالش‌های پزشکی و فیزیولوژیکی مهمی را به همراه دارد.
درس‌هایی برای مأموریت‌های آینده، از جمله سفر به مریخ
فرانک روبیو، در مأموریت خود، بخشی از یک مطالعه علمی مهم بود که تأثیر ورزش با تجهیزات ورزشی محدود در فضا را بررسی می‌کرد. اگرچه نتایج این پژوهش هنوز منتشر نشده است، اما داده‌های آن برای سفرهای آینده انسان به اعماق منظومه شمسی، از جمله مأموریت مریخ، حیاتی خواهد بود.
براساس برنامه‌های فعلی، یک سفر رفت و برگشت به مریخ حدود ۱۱۰۰ روز (بیش از سه سال) طول خواهد کشید. این در حالی است که فضاپیمای مورد استفاده در این سفر، بسیار کوچک‌تر از ایستگاه فضایی بین‌المللی خواهد بود و به تجهیزات ورزشی سبک‌تر و کارآمدتری نیاز خواهد داشت.
اطلاعات به‌دست‌آمده از اقامت طولانی‌مدت فضانوردان، کلید اصلی موفقیت در این مأموریت‌های میان‌سیاره‌ای خواهد بود.
تأثیر سفر فضایی بر عضلات و ستون فقرات
عضلات و تحلیل رفتن آن‌ها در فضا
یکی از اصلی‌ترین چالش‌هایی که فضانوردان در سفرهای فضایی با آن روبه‌رو هستند، تحلیل رفتن عضلات به دلیل عدم وجود نیروی جاذبه است. بر روی زمین، عضلات ما برای مقابله با نیروی گرانش به طور مداوم درگیر فعالیت هستند، حتی هنگام ایستادن یا راه رفتن. اما در محیط بی‌وزنی، عضلاتی که وظیفه‌ی حفظ وضعیت بدن را بر عهده دارند، مانند عضلات کمر، گردن، ساق پا و چهارسر ران، دیگر نیازی به تحمل وزن بدن ندارند و به‌سرعت شروع به تحلیل رفتن می‌کنند.
تنها پس از دو هفته اقامت در فضا، توده‌ی عضلانی بدن ممکن است تا ۲۰ درصد کاهش یابد. در مأموریت‌های طولانی‌تر، مانند اقامت‌های سه تا شش ماهه در ایستگاه فضایی بین‌المللی، این میزان تحلیل میتواند به ۳۰ درصد برسد.
عواقب این تحلیل عضلانی:
ضعف در عضلات کلیدی بدن
کاهش توانایی انجام حرکات روزمره
دشواری در راه رفتن پس از بازگشت به زمین
نیاز به دوره‌ی طولانی توان‌بخشی برای بازیابی قدرت عضلانی
به دلیل این اثرات مخرب، فضانوردان ملزم هستند که روزانه حدود ۲.۵ ساعت تمرینات ورزشی و تمرینات شدید را در ایستگاه فضایی انجام دهند.
این تمرینات شامل:
اسکوات، ددلیفت، حرکات کششی و پرس سینه با استفاده از دستگاه‌های مقاومتی مخصوص در ایستگاه فضایی
تمرینات هوازی روی تردمیل (که به بدن آن‌ها متصل است)
دوچرخه ثابت برای حفظ سلامت قلبی-عروقی
علاوه بر ورزش، فضانوردان برای کاهش اثرات تحلیل عضلانی، از مکمل‌های غذایی مخصوصی استفاده می‌کنند که سرشار از پروتئین و ویتامین‌های تقویت‌کننده عضلات است.
با این حال، تحقیقات اخیر نشان داده است که حتی این برنامه‌های تمرینی هم به‌طور کامل از کاهش عملکرد و حجم عضلات جلوگیری نمی‌کنند. برخی دانشمندان پیشنهاد کرده‌اند که تمرینات مقاومتی با وزنه‌های سنگین‌تر و تمرینات تناوبی با شدت بالا (HIIT) می‌توانند برای مقابله با تحلیل عضلات در فضا مؤثرتر باشند.
اثرات سفر فضایی بر ستون فقرات
بی‌وزنی در فضا باعث تغییرات عمده‌ای در ستون فقرات می‌شود. به دلیل عدم وجود نیروی جاذبه، مهره‌های کمر و گردن دیگر تحت فشار معمول قرار نمی‌گیرند و دیسک‌های بین‌مهره‌ای منبسط می‌شوند. نتیجه‌ی این اتفاق این است که فضانوردان پس از مدتی اقامت در فضا معمولاً ۳ تا ۵ سانتی‌متر بلندتر از قد طبیعی خود می‌شوند.
اما این افزایش قد موقتی است و عوارض خاص خود را دارد:
1-درد در ناحیه‌ی کمر:
بسیاری از فضانوردان در هفته‌های اول اقامت در فضا، درد شدیدی در کمر و گردن تجربه می‌کنند، زیرا عضلات تثبیت‌کننده‌ی ستون فقرات در محیط بی‌وزنی ضعیف‌تر می‌شوند.
2-افزایش احتمال بیرون‌زدگی دیسک:
پس از بازگشت به زمین و قرار گرفتن مجدد تحت تأثیر جاذبه، مهره‌ها و دیسک‌های ستون فقرات به سرعت به وضعیت اولیه برمی‌گردند. این تغییر ناگهانی ممکن است باعث بیرون‌زدگی دیسک و مشکلات اسکلتی-عضلانی شود.
در جریان یک جلسه‌ی توجیهی در ایستگاه فضایی بین‌المللی، فرانک روبیو، فضانورد ناسا، اشاره کرد: که ستون فقراتش در حال کشیده شدن است. او گفت که این تغییر ممکن است به او کمک کند تا از یک آسیب شایع در گردن جلوگیری کند که بسیاری از فضانوردان هنگام بیرون آمدن از صندلی فضاپیما و نگاه کردن به بیرون هنگام فرود تجربه می‌کنند.
او به شوخی گفت:
«فکر می‌کنم ستون فقراتم به اندازه‌ای کشیده شده که به‌نوعی در پوشش صندلی‌ام گیر کرده‌ام، بنابراین بهتر است اصلاً حرکت نکنم!»
برای کاهش اثرات مخرب بی‌وزنی بر ستون فقرات، فضانوردان تمریناتی انجام می‌دهند که بر روی تقویت عضلات پشتی و مرکزی بدن تمرکز دارد.
این تمرینات شامل:
حرکات کششی مخصوص کمر و گردن
تمرینات تقویت‌کننده عضلات شکم و پشت
حرکات مقاومتی برای تثبیت وضعیت ستون فقرات
این تمرینات نه‌تنها در زمان حضور در فضا، بلکه پس از بازگشت به زمین نیز به‌صورت دوره‌ای انجام می‌شوند تا از آسیب‌های اسکلتی و عضلانی جلوگیری شود.
کاهش وزن در فضا برای فضانوردان
در حالی که وزن در شرایط بی‌وزنی مفهومی متفاوت پیدا می‌کند – زیرا در محیط بی‌وزنی همه چیز، از جمله بدن انسان، معلق می‌ماند – اما حفظ وزن سالم برای فضانوردان همچنان یک چالش اساسی است. تغییرات متابولیکی، کاهش اشتها و تحلیل عضلات از عوامل تأثیرگذار بر وزن بدن در فضا هستند.
کاهش اشتها و تغییر متابولیسم در فضا
یکی از تأثیرات مهم سفر فضایی، کاهش اشتها است. مطالعات نشان داده‌اند که بسیاری از فضانوردان در طول اقامت در ایستگاه فضایی، تمایل کمتری به غذا خوردن دارند که میتواند به دلیل تغییر در حس چشایی، شرایط محیطی و تأثیرات روانی سفر فضایی باشد. همچنین، نرخ متابولیسم پایه در فضا کاهش می‌یابد، به این معنا که بدن کالری کمتری می‌سوزاند.
تحلیل رفتن عضلات و تأثیر آن بر وزن بدن
در شرایط گرانش صفر، عضلات بدن فعالیت کمتری دارند و همین امر موجب تحلیل رفتن آن‌ها می‌شود. از آنجایی که توده عضلانی بخش مهمی از وزن بدن را تشکیل می‌دهد، این کاهش حجم عضلات به کاهش وزن کلی بدن منجر می‌شود. فضانوردان برای جلوگیری از تحلیل عضلات، روزانه حدود ۲.۵ ساعت تمرینات مقاومتی و هوازی انجام می‌دهند.
تأثیر بر توده چربی بدن
بر خلاف عضلات، میزان چربی بدن فضانوردان لزوماً کاهش پیدا نمی‌کند. در برخی از موارد، توزیع چربی در بدن دچار تغییر می‌شود، زیرا بی‌وزنی باعث می‌شود چربی‌ها به‌طور یکنواخت‌تری در بدن پخش شوند. این موضوع میتواند باعث تغییر در ترکیب بدن و چالش‌های سلامتی پس از بازگشت به زمین شود.
نمونه‌ای از کاهش وزن فضانوردان
یک نمونه شناخته‌شده، اسکات کلی، فضانورد ناسا است که ۳۴۰ روز را در ایستگاه فضایی بین‌المللی سپری کرد و در این مدت ۷ درصد از توده بدنی خود را از دست داد. این نشان می‌دهد که حتی با رژیم غذایی متعادل و تمرینات ورزشی، بدن همچنان تحت تأثیر شرایط فضا قرار می‌گیرد.
راهکارهای جلوگیری از کاهش وزن بیش از حد در فضا
رژیم غذایی متنوع و پرکالری: ناسا تلاش می‌کند تا فضانوردان را با مواد غذایی سرشار از پروتئین و کربوهیدرات تغذیه کند. حتی در ایستگاه فضایی، کشت سبزیجاتی مانند برگ‌های سالاد انجام می‌شود تا مواد مغذی کافی تأمین شوند.
تمرینات ورزشی روزانه: برنامه تمرینی شامل تمرینات مقاومتی، هوازی و کششی است که به حفظ توده عضلانی کمک می‌کند.
مانیتورینگ وضعیت بدنی: فضانوردان تحت نظارت مداوم قرار دارند و وزن، ترکیب بدن و سطح متابولیسم آن‌ها به‌طور منظم بررسی می‌شود.
