为应对未来月球和火星任务中宇航员骨骼和肌肉萎缩的挑战，国际空间站的研究不断推进宇航员锻炼活动

未来的月球和火星任务必须解决许多挑战，包括防止宇航员骨骼和肌肉组织的损失。国际空间站的研究正在帮助应对这一挑战。

失去了地球引力，骨骼和肌肉都会萎缩、变小、变弱。很早以前，科学家就意识到锻炼是维持太空中骨骼和肌肉健康的关键，就像在地球上一样。从早期任务中使用的简单松紧带，到如今锻炼硬件越来越先进。目前的设备包括高级阻力锻炼设备 ( ARED ) 举重系统、第二代跑步机T2和带振动隔离和稳定系统的自行车测功机 ( CEVIS ) 自行车机。研究继续改进这些设备以及宇航员使用这些设备的强度和持续时间，现在机组人员平均每天锻炼两小时。

ARED 于 2008 年安装，使用活塞和飞轮系统提供基本上模拟失重状态下举重的负载。 ESA（欧洲航天局）当前的一项调查中，ARED Kinematics分析了微重力下此类运动对身体的影响，以帮助确定太空飞行之前、期间和之后的最佳锻炼计划。结果表明，飞行前的运动训练可以提高个人在空间站上的表现，就像季前训练有助于运动员在以后的比赛中一样。

从 2001 年到 2011 年，船员们使用了临时阻力运动装置 ( IRED )，该装置可配置为使用上半身和下半身肌肉进行至少 18 种不同的运动，阻力高达 300 磅。一项回顾性评估显示，飞行前的力量和飞行后的变化之间存在一定的相关性，分析表明，提供更高负荷和改进运动处方的阻力装置可以带来更大的益处。

CEVIS 于 2001 年安装，并于 2023 年升级，利用摩擦力和阻力，并由计算机控制来保持准确的工作量。系统显示骑行速度、心率、经过时间和运动处方详细信息等参数。一项利用 CEVIS 收集的数据进行的研究得出的结论是，如果未来的任务继续使用当前的锻炼对策，多达 17% 的宇航员可能会出现肌肉性能、骨骼健康和心肺健康的丧失。研究人员指出，这凸显了进一步完善当前治疗方案、添加其他干预措施或加强飞行前调节的必要性。

适当的设备很重要，但使用它的方式也很重要。早期的锻炼方案包括在跑步机上低速跑步和长时间低负荷进行阻力运动。尽管宇航员每周锻炼长达 10 个小时，但他们的肌肉质量和骨密度仍然持续下降。越来越多的证据表明，在地球上，高强度、低运动量的锻炼对于保持健康更有效。综合阻力和有氧训练研究 ( Sprint ) 比较了微重力下低强度、高训练量和高强度、低训练量的锻炼结果。结果相似，但较短的锻炼可以节省机组人员的时间（这是执行任务的宝贵资源），并减少运动器材的磨损。未来的任务可能仅限于使用单一设备进行有氧运动和阻力运动，因此需要更短的锻炼时间，以便每个机组成员都能轮流进行。更高强度的运动可以弥补这些限制。

一项名为VO2max的调查记录了最大摄氧量的变化，最大摄氧量被认为是衡量一个人有氧运动和体力工作能力的标准指标。长时间的太空飞行导致最大摄氧量和有氧运动能力显着下降。5这些结果对未来的长期太空任务具有重要影响，进一步证明当前的对策可能还不够。

肌肉活检是欧洲航天局（ESA）的一项调查，分析了太空飞行前后骨骼肌的分子变化，并确定了一种可以用作肌肉健康可能指标的酶产品。研究结果表明，当前的锻炼方案可以有效防止肌肉功能失调，并支持改进对策，以保护宇航员的健康和未来深空探索任务的表现。

虽然当前的锻炼计划似乎可以缓和肌肉骨骼系统的变化，但个体结果有所不同。此外，由于空间限制、除热和除湿等环境问题、设备维护和维修需求，以及寻找时间锻炼和避免干扰其他人工作的挑战，目前的方案可能无法直接转移到更长的探索任务。机组人员。

计划探索月球和深空的任务可能持续长达三年。研究继续将饮食、运动和药物的结合归零，以保持宇航员在太空飞行期间、踏上月球或火星时以及返回地球时的健康。由于衰老、久坐的生活方式和疾病会导致地球上的骨骼和肌肉损失，因此这项研究也可以使地面上的人们受益。