Buduće misije na Mesec i Mars moraju se pozabaviti mnogim izazovima, uključujući sprečavanje gubitka koštanog i mišićnog tkiva kod astronauta. Istraživanje na Međunarodnoj svemirskoj stanici pomaže u rešavanju ovog izazova.
Bez Zemljine gravitacije, i kosti i mišići atrofiraju, ili postaju manji i slabiji. Rano, naučnici su shvatili da je vežba kritičan deo održavanja zdravih kostiju i mišića u svemiru, baš kao što je to na Zemlji. Od jednostavnih elastičnih traka na ranim misijama, hardver za vežbanje postaje sve napredniji. Trenutna oprema uključuje napredni uređaj za otporno vežbanje (ARED) sistem za dizanje tegova, drugu generaciju trake za trčanje nazvanu T2 i biciklističku mašinu za biciklistički ergometar sa sistemom za izolaciju i stabilizaciju vibracija (CEVIS). Studije nastavljaju da usavršavaju ovu opremu, kao i intenzitet i trajanje načina na koji je astronauti koriste, a članovi posade sada u proseku vežbaju dva sata dnevno.
Instaliran 2008. godine, ARED koristi sistem klipa i zamajca da obezbedi opterećenje koje u suštini imitira dizanje tegova u bestežinskom stanju. Trenutno istraživanje ESA (Evropske svemirske agencije), ARED Kinematics analizira efekat ove vrste vežbi na telo u mikrogravitaciji kako bi pomogao u određivanju optimalnih programa vežbanja pre, tokom i posle svemirskog leta. Rezultati su pokazali da trening vežbi pre leta poboljšava performanse pojedinca dok je na svemirskoj stanici baš kao što trening pred sezonu pomaže sportistima u kasnijim takmičenjima.
Od 2001. do 2011. godine, članovi posade koristili su uređaj za privremenu otpornu vežbu (IRED), koji je mogao da se konfiguriše za najmanje 18 različitih vežbi koristeći mišiće gornjeg i donjeg dela tela sa do 300 funti otporne sile. Retrospektivna procena je pokazala izvesnu korelaciju između snage pre leta i promena posle leta, a analiza je sugerisala da bi uređaj za otpor koji obezbeđuje veća opterećenja i poboljšane recepte za vežbanje mogao da pruži veće koristi.
CEVIS, instaliran 2001. godine i nadograđen 2023. godine, koristi trenje i otpor i kompjuterski je kontrolisan da bi održao tačno opterećenje. Sistem prikazuje parametre kao što su brzina vožnje biciklom, otkucaji srca, proteklo vreme i detalji o receptu za vežbanje. Studija koja koristi podatke koje je prikupio CEVIS zaključila je da bi do 17% astronauta moglo da doživi gubitak mišićnih performansi, zdravlja kostiju i kardiorespiratorne kondicije ako buduće misije nastave da koriste trenutne protivmere vežbanja. Istraživači napominju da ovo naglašava potrebu za daljim usavršavanjem trenutnih režima, dodavanjem drugih intervencija ili poboljšanjem kondicioniranja pre leta.
Važna je odgovarajuća oprema, ali i način na koji se koristi. Rani režimi vežbanja su uključivali trčanje na traci za trčanje pri maloj brzini i izvođenje vežbi otpora pri malim opterećenjima tokom dužeg vremenskog perioda. Uprkos tome što su provodili do 10 sati nedeljno vežbajući, astronauti su nastavili da gube mišićnu masu i gustinu kostiju. Sve veći broj dokaza je pokazao da su vežbe visokog intenziteta i male zapremine efikasnije u održavanju kondicije na Zemlji. Integrisana studija otpora i aerobnog treninga (Sprint) uporedila je rezultate treninga niskog intenziteta, velike zapremine sa visokim intenzitetom, malog obima u mikrogravitaciji.
Ishodi su bili slični, ali kraći treninzi štede vreme posade — dragocen resurs u misijama — i smanjuju habanje opreme za vežbanje.4 Buduće misije mogu biti ograničene na jedan uređaj za aerobne vežbe i vežbe otpora, što zahteva kraće vežbe tako da svaka posada član dobija red. Vežbanje većeg intenziteta moglo bi da nadoknadi ove granice.
Istraživanje pod nazivom VO2mak dokumentovalo je promene u maksimalnom unosu kiseonika, što se smatra standardnom merom aerobnog i fizičkog radnog kapaciteta osobe. Dugotrajni svemirski let je doveo do značajnog smanjenja maksimalnog unosa kiseonika i kapaciteta za aerobne vežbe. Ovi rezultati imaju važne implikacije za buduće dugotrajne svemirske misije, dodajući dokazima da trenutne protivmere možda nisu adekvatne.
Biopsija mišića, istraživanje ESA (Evropske svemirske agencije), analiziralo je molekularne promene u skeletnim mišićima pre i posle svemirskog leta i identifikovalo enzimski proizvod koji bi mogao da se koristi kao mogući indikator zdravlja mišića. Nalazi sugerišu da su trenutni protokoli vežbi efikasni u sprečavanju dekondicioniranja mišića i podržavaju poboljšanja u protivmerama za zaštitu zdravlja posade i performansi u budućim misijama istraživanja dubokog svemira.
Dok se čini da trenutni programi vežbanja ublažuju promene u mišićno-skeletnom sistemu, pojedinačni rezultati variraju. Pored toga, trenutni režimi verovatno ne mogu direktno da se prenesu na duže istraživačke misije zbog ograničenja u prostoru, ekoloških problema kao što su uklanjanje toplote i vlage, potrebe održavanja i popravke uređaja i izazova pronalaženja vremena za vežbanje i izbegavanja mešanja u rad drugih članovi ekipe.
Planirane misije za istraživanje Meseca i dubokog svemira mogu trajati do tri godine. Istraživanja se nastavljaju fokusirati na kombinaciju ishrane, vežbanja i lekova koji bi mogli da održe astronaute zdravim tokom svemirskog leta, kada kroče na Mesec ili Mars i kada se vrate na Zemlju. Pošto starenje, sedentarni način života i bolesti uzrokuju gubitak kostiju i mišića na Zemlji, ovo istraživanje može koristiti i ljudima na zemlji.
