Vadbena strategija za na Mars pripravljena v Planici

To, kar danes raziskujejo v Planici, bo morda odločalo o tem, kaj bodo počeli prvi astronavti na dolgi poti proti Marsu. Človeško telo je izjemno prilagodljivo, vendar vse spremembe niso njemu v prid. V breztežnosti izgubi pomembne funkcije, ki jih potrebuje ob vrnitvi na trdna tla.

»Včasih smo v Sloveniji le od daleč spremljali podvige v vesolju, zdaj pa smo akterji, pravzaprav zelo pomembni akterji v vesoljskih raziskavah na različnih področjih,« spomni prof. dr. Igor Mekjavić, vodja Laboratorija za gravitacijsko fiziologijo Instituta Jožef Stefan. Njihov oglas za službo, v kateri bodo izbrani kandidati ležali, je v minulih dneh vzbudil veliko pozornosti. Gre za tako imenovano študijo »bed rest« (mirovanje v postelji), ki je del širše evropske raziskave o tem, kako zagotoviti, da bodo astronavti na potovanjih po vesolju zdravi in da se bodo zdravi tudi vrnili na Zemljo. V študijo so zajete različne vadbene strategije s pomočjo človeške centrifuge, s katero ustvarjajo umetno težnost, v kombinaciji s prehrano in režimom spanja, da bi ohranjali zdrave mišice in kosti ter normalno delujoč srčno-žilni sistem.

Planiški laboratorij je centrifugo pridobil jeseni leta 2021 in tako postal ena izmed le treh ustanov, v katerih Evropska vesoljska agencija (Esa) raziskuje, ali bi bilo s takšno napravo smiselno opremiti vesoljska plovila in habitate na Luni in Marsu. Druga dva laboratorija s tovrstno napravo sta v Toulousu v Franciji in Kölnu v Nemčiji.

Igor Mekjavić pravi, da bodo študijo mirovanja v postelji predvidoma začeli septembra. FOTO: Jože Suhadolnik  

»Za prvo pot človeka na Luno je bilo potrebnih ogromno priprav, da so zagotovili zdravje posadke, enako velja za bivanje na Mednarodni vesoljski postaji. Potovanje v vesolje ni več le avantura, to je delo, in zagotoviti je treba varnost pri delu. Zdaj smo v novi fazi vesoljskih potovanj. Čeprav še ne vemo natančno, kdaj bodo ljudje prvič obiskali Mars, morda bo to čez deset, 20 ali šele 30 let, a treba je preveriti vse do zadnje podrobnosti,« pravi prof. Mekjavić in doda: »Ob tem pa Esa zagotavlja, da te raziskave niso namenjene le peščici astronavtov, ampak je to znanje širše uporabno tudi za vse nas, ki nikoli ne bomo stopili s tega planeta.«

V laboratoriju za gravitacijsko fiziologijo so najprej pripravili raziskavo Vadbene strategije za potovanje na Mars, kar bodo v nadaljevanju testirali na prostovoljcih v raziskavi Učinek vibracijske vadbe med hipoksično neaktivnostjo. Tovrstne raziskave daljše neaktivnosti in/ali hipoksije izvaja IJS že od leta 2001, tokrat jim dodajajo vadbo v centrifugi.

»Naše in druge raziskave so bile usmerjene k iskanju odgovorov, kako neaktivnost ali življenje v breztežnosti vpliva na človeško telo. Spremembe telesa astronavtov v vesolju so podobne spremembam pri ljudeh, ki so neaktivni na Zemlji – denimo bolniki. Tudi sicer imamo ljudje neaktiven življenjski slog, saj večino dneva presedimo in preležimo. V naših raziskavah to neaktivnost seveda natančno nadzorujemo z modelom 'bed rest' oziroma mirovanjem v postelji, ko vseskozi spremljamo, kako se telo spreminja,« razlaga Mekjavić.

»Pravzaprav bi moral uporabiti besedo adaptacija ali prilagoditev. Človeško telo se namreč prilagodi novim okoliščinam, in to razmeroma hitro. Ko se alpinisti pripravljajo na visokogorske odprave, se nanje prilagajajo ali v baznih taborih ali pa, denimo, na hipoksičnem treningu prav tu v Planici. Če gredo športniki na olimpijske igre v mesto, kjer so visoke temperature in vlažnost, se morajo pripraviti oziroma aklimatizirati na vročino. Človek se ali s treningom ali po naravni poti vedno poskuša prilagoditi na okolje, da to ne vpliva na njegovo sposobnost dela oziroma da deluje kar se da optimalno.«

Tudi na breztežnost se telo privadi, kar pa ni dobro, nadaljuje vrhunski slovenski raziskovalec. »Tam mišic ne potrebujejo. Prav tako ni več potrebe, da bi bile kosti tako trdne, kot so na Zemlji. Spremeni se delovanje srčno-žilnega sistema. Te prilagoditve so negativne, ko se astronavt vrne na Zemljo, kjer znova veljajo zakoni težnosti. Na Mednarodni vesoljski postaji imajo plejado vadbenih naprav, s katerimi ohranjajo zdravo telo. Izkazalo se je, da je vadba učinkovita, a ne dovolj.« Sploh če bo človek želel na vesoljskih postajah, na Luni ali Marsu živeti dlje kot le nekaj mesecev (najdaljše odprave so bile zdaj dolge približno eno leto; rekord najdaljšega neprekinjenega bivanja v breztežnosti še vedno pripada zdaj že pokojnemu ruskemu kozmonavtu Valeriju Poljakovu, ki je na ruski postaji Mir v letih 1994 in 1995 preživel 437 dni).

»Razmišljati je bilo treba o nečem novem in tako se vračamo k skoraj sto let stari ideji Hermana Potočnika Noordunga, da na vesoljskih postajah ustvarimo umetno težnost. On si je zamislil okroglo postajo, ki se vrti in ustvarja težnost. Tako daleč še nismo. Je pa Esa razvila centrifuge s kratko ročico, to pomeni, da je ročica dolga malo več kot dva metra. S centrifugiranjem lahko pri nogah ustvarimo še večjo težnost, kot je na Zemlji. K temu pa dodajamo še vadbo,« razlaga.

Iz Planice na Mars

Tri različice iste študije

Študijo opravljajo vsi trije evropski laboratoriji s centrifugo. V Nemčiji (DLR) so že končali raziskavo, v kateri so bili preiskovanci vsak dan izpostavljeni umetni težnosti, natančneje, na centrifugi so se vrteli pol ure na dan. Trenutno teče poskus v Franciji (Inštitut Medes), v katerem preiskovanci med tem, ko so na centrifugi, tudi kolesarijo. V Planici pa bodo centrifugiranju v hipoksičnem okolju dodali še vibracijsko vadbo, ki stimulira mišice in kosti, preiskovanci pa bodo ob tem izvajali še počepe. Prostovoljce bodo po besedah Mekjavića razvrstili v tri skupine, ena skupina bo samo ležala, druga bo vadila na centrifugi, tretja pa bo vadila brez umetne težnosti, enako kot na centrifugi, vendar leže in na napravi, ki smo jo razvili v Sloveniji prav za ta namen.

»V Nemčiji so vrednotili pasivno centrifugiranje. Pokazalo se je, da ustvarjanje umetne težnosti pomaga proti negativnim adaptivnim učinkom, vendar samo pasivno vrtenje pol ure na dan ni dovolj. V Franciji so temu dodali cikloergometrijo, ki velja za aerobno vadbo. Mi pa smo dobili nalogo, da preverimo uspešnost vadbe, ki je usmerjena v vzdrževanje mišične moči. Na naši centrifugi je zato nameščena še vibracijska plošča, ki z vibracijo povzroča dodatno aktivacijo mišic in dodaja stimulus kostem, da se prepreči izguba kostne mase.«

Poskusi so v vseh treh državah enaki, razlikujejo se samo v načinu vadbe. Le tako bodo namreč rezultate lahko primerjali in ustrezno vrednotili. »Tako kot pri običajni vadbi, če se želimo izboljševati, moramo povečevati ali število ponovitev ali obremenitev.«

Na fotografiji je Esina astronavtka Samantha Cristoforetti FOTO: Esa/ Reuters  

V planiškem laboratoriju bodo vadbi dodali še hipoksično okolje, kar pomeni, da bodo poustvarjali razmere, podobne tistim visoko v gorah, kjer je kisika manj. »Mi smo že leta 2007 v Olimpijskem centru v Planici namestili hipoksični agregat. Simuliramo lahko visokogorske razmere na do okoli 4000 metrov nadmorske višine.«

Zakaj je to pomembno? »Astronavti delo opravljajo tudi zunaj vesoljske postaje, v kateri je normalen tlak. Nato gredo iz normalnega tlaka, kakršen je, denimo, tu v Ljubljani, v vakum. Priprava na izhod traja štiri ure, da v vesoljski obleki ustvarijo nižji tlak, podoben takemu, kot je na Mount Everestu, ob tem pa dihajo čisti kisik. Tlak tako iz ene atmosfere spustijo na tretjino atmosfere počasi, da ne bi nastali mehurčki dušika v krvi, to je podobno kot pri potapljaški dekompresiji. Zdaj so ti izhodi redki, enkrat na mesec, na Luni in Marsu pa bi izhode iz habitatov izvajali vsak dan, torej bo problematično, če bo vsak astronavt na dan izgubil štiri ure zaradi dolgotrajnega postopka. Pri Esi in Nasi razmišljajo, da bi imeli bodoči habitati podtlak, dodali pa bi toliko kisika, da ne bi bilo že nevarno zaradi požara. Tako smo se z Eso dogovorili, ker imamo bogate izkušnje s hipoksičnimi raziskavami, da na centrifugi simuliramo višino okoli 4000 metrov.«

Protokol raziskave, ki jo usmerja predvsem Esa, mora odobriti še Komisija za medicinsko etiko pri Ministrstvu za zdravje RS, nadaljuje sogovornik. Vsem zainteresiranim bo raziskava predstavljena večkrat in zelo natančno. Tisti, ki bodo izbrani, bodo prišli v Planico dva tedna pred začetkom raziskave, tam bodo živeli in v teh dveh tednih sodelovali pri različnih meritvah, da raziskovalci spoznajo delovanje njihovih mišic in srčno-žilnega sistema. Raziskava bo trajala 60 dni, po tem času bodo vse meritve ponovili. Dvakrat po 15 dni testiranj in 60 dni raziskave, skupno torej 90 dni njihovega sodelovanja.

Hrana in spanje

V tem času bodo budno spremljali vse telesne funkcije, med pomembnejšimi bosta seveda prehrana in spanje. »Z nami sodelujejo nutricionisti, vsak dan bomo sodelujoče tehtali in vsak teden preverjali sestavo telesa. Ne želimo namreč na račun slabe prehrane povečevati deleža maščob. Pri tem si bomo pomagali tudi z odprto platformo za klinično prehrano (opkp.si), ki jo je razvila Barbara Koroušić-Seljak. S tem programom smo že v preteklosti za vsakega preiskovanca posebej določili režim prehrane. Vsekakor mora biti hrana dobra, saj je lahko za nekoga, ki je omejen v gibanju, ravno hrana edino pravo veselje v dnevu,« se zasmeje prof. Mekjavić. Zagotovo lahko pričakujejo tudi spremembe pri spanju. »Vsak alpinist bi vam povedal, da na visokogorskih odpravah ni mogel (dobro) spati oziroma je bilo spanje moteno. Tudi mi bomo imeli učinek hipoksije, spremljali bomo njen vpliv. Dejstvo je, da če je spanje slabo, to vpliva na nas, na naše razpoloženje, enako je s prehrano. Vse okoliščine moramo povezati in ugotoviti sovplivanje.«

Za Eso je zelo pomembna tudi individualna variabilnost, dodaja raziskovalec z IJS. »Potek adaptacije je pri vsakem posamezniku nekoliko drugačen. Nekateri hitreje izgubijo mišično maso kot drugi. Nedavno smo na pobudo Ese končali pregled podatkov o teh razlikah iz zadnjih 20 let. Jasno je bilo videti, da so nekateri v 35-dnevnih 'bed restih' izgubili od pet do sedem, drugi od 12 do 15 odstotkov mišične mase. Razlike so bile tudi v delovanju srčno-žilnega sistema. Vesoljske agencije bi seveda najraje rekrutirale astronavte, pri katerih bi bile prilagoditve najmanjše. Morda bi se jih dalo ugotoviti z genskimi analizami, vendar je za zdaj to še stvar prihodnosti. Je pa to tudi kliničnega pomena, vse bolj se govori o personalizirani medicini.«

V študiji v vseh treh državah sodelujejo le zdravi moški, stari od 18 do 45 let. »Takšen je vrstni red, ki ga je določila Esa. Mi bi si vsekakor želeli, da bi lahko nadaljevali tudi študije, v katerih bi sodelovale ženske, v preteklih raziskavah so že bile vključene. Glede starosti pa je tako: če so bili prvi astronavti mladi fantje, praviloma vojaški piloti, so zdaj astronavti znanstveniki ali inženirji srednjih let.« Prostovoljci si bodo ob sicer natrpanem urniku vadbe, pregledov, fizioterapije in rehabilitacije lahko sami izbrali, kaj bodo počeli v preostanku časa. »To nam bodo morali oni povedati, vsekakor morajo o tem razmišljati, preden pridejo k nam. V preteklih študijah so nekateri igrali kitaro, drugi pisali magistrsko nalogo ali se učili programiranja. Bivanje jim želimo narediti kar se da prijetno, tako smo v preteklosti organizirali tudi filmske večere in podobne družabne dogodke,« še navaja prof. dr. Igor Mekjavić.

Študijo v Planici želijo začeti letos. »Zaključek raziskav bo prinesel odgovore, ali je umetna težnost kritična ali ne, ali je vibracijska vadba boljša od cikloergometrije, kako vadba povečuje energijsko porabo in kakšno prehrano moramo zagotoviti in še in še.« Vsa ta spoznanja bodo seveda delili tudi z zdravniki, fizioterapevti in drugimi raziskovalci.