Astronautin kuntokuuri: ennen matkaa

Edellisessä artikkelissa esiteltiin lyhyesti mikrogravitaation ja avaruusmatkailun asettamia fysiologisia haasteita ihmiskeholle. Etenkin avaruusmatkan jälkeistä paluuta maahan, ja maan painovoiman alaisuuteen, vaativat huolellista valmistautumista, jotta astronautit uudelleensopeutuvat turvallisesti sekä nopeasti normaaleihin olosuhteisiin. Artikkelin tarkoituksena on esitellä, suurpiirteisessä fysiologisten järjestelmien järjestyksessä, fyysisen harjoittelun tavoitteita ja sisältöjä avaruusmatkailua ennen. Eri avaruusjärjestöillä on pieniä eroavaisuuksia harjoitusmenetelmissä ja lopulta harjoittelu suunnitellaan yksilöllisesti jokaiselle avaruusmatkailijalle tarpeiden ja rajoituksien mukaan. Harjoitteluun liittyviä ravintovaatimuksia ei käsitellä tämän artikkelin yhteydessä.

Kuten aikaisemmassa artikkelissa mainittiin, on veren ja veren plasmavolyymin merkittävä putoaminen ensimmäisten päivien aikana mikrogravitaatiossa yksi merkittävimmistä haasteista maan painvoimaan uudelleensopeutumisen kannalta [9]. Tästä johtuen tulee veren volyymin olla jo ennen matkaa optimaalisella (lue: perusurheilijan) tasolla. Punasolujen ja hemoglobiinin runsas määrä verenkierrossa osaltaan mahdollistaa tehokkaan happimolekyylien (0₂) siirron aivoihin sekä lihaksistoon. Aikaisemmat tutkimukset [4] ovat osoittaneet lisääntyneellä kestävyysliikunnalla olevan suora vaikutus lisääntyneeseen antidiureettisen hormonin, vasopressiinin, tuotantoon kehossa, jonka kautta veren volyymi lisääntyy ensimmäisten 1-2 harjoitusviikon aikana merkittävästi. Luonnollisesti vähentyneellä liikunnalla on taas päinvastainen vaikutus, jota tulisi välttää etenkin astronauttien viimeisellä valmistautumisjaksolla ennen avaruusmatkaa.

Harjoitussuositukset (sydän- ja verenkiertoelimistö):

Astronauttikandidaatit, joille ei ole osoitettua lentoa, keskittyvät harjoittelussaan enemmän yleisen aerobisen kestävyyden ylläpitoon ja tasaisesti 5-6 harjoituspäivän saavuttamiseen viikkotasolla. Merkittävä osa harjoittelusta on joko pitkäkestoista (>45 min/kerta) kestävyysharjoittelua noin 65-80% maksimisykkeestä [3]. Useasti harjoittelua pyritään pitämään mielenkiintoisena pallopelien kautta (esim. jalkapallo tai koripallo). Viimeisen puolen vuoden aikana ennen lentoa (n. 24 vko aikaisemmin) harjoittelun intensiteettiä ja määrää aletaan johdonmukaisesti varioimaan esimerkiksi korkean intensiteetin intervalliharjoittelun (HIIT) kautta. Tarkoituksena on altistaa keho jatkuvasti muuttuville ja vastukseltaan kasvaville harjoitusärsykkeille, jolloin veren volyymia ja maksimaalista hapenottokykyä (VO_2max) saadaan nostettua lähempänä avaruusmatkaa. Osana maksimaalisen hapenottokyvyn kehittymistä myös sydämen vasemman kammion iskuvolyymi kasvaa HIIT-harjoittelun myötä urheilijan tasolle, joka on ensiarvoisen tärkeää ennen siirtymistä mikrogravitaatioon.

Yli puoli vuotta (>180 vuorokautta) kestävien avaruusmatkojen jälkiseurauksena astronautit ovat menettäneet merkittävästi luumassaa ja –tiheyttä [11], joka altistaa matkailijoiden luuston kohonneelle osteoporoosi- ja murtumariskille. Tämän johdosta luuston tiheyttä ja mineraalikoostumusta tulee nostaa valmistautumisjaksolla ennaltaehkäisevänä toimenpiteenä. Korkean vastuksen  (esim. kyykky vapailla painoilla) tai tärähdyksen (esim. hyppy ja alastulo) ovat osoittaneet kehittävän etenkin alaraajojen ja lantionseudun luutiheyttä ja –massaa [13]. Vielä kun luumassan häviäminen on merkittävintä lantion sekä lonkka- ja sääriluissa avaruusmatkailun jälkeen, on aiheellista huomioida näihin vaikuttavat harjoitusmuodot jo etukäteen, varmistaakseen astronauteille parhaimman mahdollisuuden turvalliseen paluuseen sekä uudelleensopeutumiseen.

Harjoitussuositukset (luusto):

Dynaamiset (liike) harjoitteet ja luusolujen ”havaitsema” korkea mekaaninen rasitus vahvistavat tehokkaasti em. luuston rakenteita [12]. Toisaalta liiallinen rasitus (isku) voi johtaa murtumaan, joten vastuksen tulee nousta pienin askelin ja johdonmukaisesti astronautin harjoitustaustan mukaisesti. Yksinkertaistettu portaittainen nosto alaraajoille asetettavan mekaanisen rasituksen (pienestä suureen) suhteen tulisi suurpiirteittäin olla seuraavanlainen: 1) kävely 2) pyöräily 3) juokseminen 4) korkean vastuksen voimaharjoittelu (vapaat painot) ja 5) hyppiminen sekä spurtit.

Astronauttikandidaattien kyky harjoitella juoksemalla on alusta alkaen on ensiarvoisen tärkeää varmistaakseen luuston riittävän korkean aineenvaihdunnan. Kuten sydän- ja verenkiertoelimistön kohdalla, mekaanisen rasituksen määrä tulee systemaattisesti kasvattaa lähestyttäessä avaruusmatkaa, varmistaen progressiivisen ossifikaation lantion ja alaraajojen luustossa.  HIIT-harjoittelu palvelee sopivasti myös tätä tarkoitusta, jonka lisäksi viimeisen valmistautumisvaiheen aikana käytetään runsaasti takakyykkyä, maastavetoa ja varpaille nousua. Seuraavaksi siirrytään plyometris-ballistiseen harjoitteluun koostuen erilaisista raskaista hypyistä ilman ja lisäpainojen kanssa. Hyppyharjoittelu vaatii lähtökohtaisesti korkeat alaraajojen maksimivoimatasot (esim. 2x oma paino puolikyykyssä) astronauteilta turvallisen suorittamisen kannalta.

Lihaksiston ja ääreishermoston kohdalla avaruusmatkailun isoimmat haasteet keskittyvät keskivartalon ja alaraajojen toiminnallisuuteen matkan jälkeen. Toimintojensa perusteella lihaksisto voidaan jakaa mobilisoiviin ja stabiloiviin lihaksiin. Avaruusmatkailun jäljiltä stabiloivat lihakset, esim. ryhtiä ja taloudellista seisoma-asentoa ylläpitävät, lamaantuvat merkittävästi. Etenkin selkärankaa tukevan pitkittäisen multifidius lihaksen massa putoaa kahden kuukauden painottomuuden aikana miltei 20% [1], mikä asettaa selkärangan alttiiksi rasitusmurtumille maahan paluun yhteydessä ja jälkeen. Alaraajojen stabiloivan lihasketjun, soleus-vastus medialis-gluteus min./med., typpi I lihassoluhävikki (”hitaat lihassolut”) heikentää seisoma-asennon lisäksi myös liiketehokkuutta ja –voimaa [10]. Tutkimuksissa on havaittu suljetun kineettisen ketjun (wikipedia) harjoitteiden toimivan tehokkaimmin em. stabiloivan lihasketjun neuromuskulaariseen harjoittamiseen [6; 7].

Harjoitussuositukset (neuromuskulaarinen järjestelmä):

Jokaisen astronauttikandidaatin neuromuskulaarisen harjoittelun pääprinsiippinä on toiminnallisuuden johdonmukainen kehittäminen – pyrkien maksimoimaan taloudellinen liikkuminen ja ennaltaehkäisemään lihas- ja luustoperäisiä vammoja, ennen ja jälkeen avaruusmatkan. Keskivartalon ja lantion syvien lihaksien (mm. multifidius, transversus abdominis) isometrinen pitoharjoittelu ynnä erilaisten, jatkuvaa motorista oppimista stimuloivien, suljetun kineettisen ketjun harjoitteiden [5] soveltaminen jatkuu läpi peruskoulutuskauden. Jatkuvasti muuttuvia ja vaihtuvia visuaalisia ärsykkeitä soveltavat ketterys- ja tasapainoharjoitteet sekä nopeatempoiset pallopelit lisäävät kortikospinaalisen radan (yhteydessä aivoihin) ja myös koko keskushermoston toimintaa [8].

Alaraajojen neuromuskulaarisen toiminnan tehostaminen korkeammilla vastuksilla ja täsmällisillä harjoitteilla sekä lihasmassan kasvattaminen (hypertrofia) ovat prioriteetteja avaruusmatkaan valmistavalla jaksolla. Tavoitteiden saavuttamiseen soveltuvat erityisesti alaraajojen isoja lihaksia aktivoivat harjoitteet (eng. Big 3): 1) takakyykkyyn, 2) maastavetoon ja 3) varpaille nousuun tangon kanssa. Jatkuvasti kasvavan voimantuoton saavuttamiseksi on olemassa monia harjoittelun ohjelmointimalleja, mutta klassinen malli [2] on erittäin toimiva tässä tapauksessa. ’Big 3’ –harjoitteiden (laajennettuna versiona) kanssa toteutetaan ensin ns. hypertrofinen 6-12 viikon harjoitusjakso (3-6 sarjaa, 8-12 toistoa, 70-85% 1RM, 2 min palautusta sarjojen välissä). Tätä seuraa 4-8 viikon maksimivoimajakso (4-8 sarjaa, 3-6 toistoa, 90-95% 1RM, 4-5 min palautusta sarjojen välissä) samoilla harjoitteilla. Lopulta toiminnallisuuden harjoittelun kruunaa ns. räjähtävän harjoittelun jakso, jossa käytetään runsaasti erilaisia plyometris-ballistisia harjoitteita eli hyppyjä ja kevyitä painoja vastaan räjähtäviä liikkeitä, samalla ylläpitäen saavutetut maksimivoimatasot alaraajoissa.

Lukijalle on toivottavasti auennut tästä artikkelista astronauttien fyysisen harjoittelun ennen avaruusmatkaa muistuttavan erehdyttävän paljon huippu-urheilijoiden harjoittelua. Luonnollisesti eri fysiologisia järjestelmiä aktivoivien harjoittelumenetelmien tulee olla sopusoinnussa ja synkronoituna keskenään maksimaalisen hyödyn ja tehon takaamiseksi. Punaisena lankana toimii kasvava harjoitusvastus ja intensiteetti mitä lähemmäksi lähtölaskentaa tullaan. Muistutan vielä tämän artikkelin edustavan merkittävissä määrin myös allekirjoittaneen näkemystä avaruusmatkailua edeltävän harjoittelun tarpeista, eikä tämän johdosta edusta suoranaisesti avaruusjärjestöjen sekä yksityisten yritysten ohjelmia kokonaisuudessaan.

  

Lähdeluettelo*

[1] Belavy et al. (2008) PMID: 18317179

[2] Bompa & Carrera (1975) Periodization training for sports, 2nd Ed, Human Kinetics

[3] Clarkson et al. (1997) PMID: 10193742

[4] Convertino (2007) PMID: 17630597

[5] Distefano et al. (2013) PMID: 23364296

[6] Fujiwara et al. (2011) PMID: 21869635

[7] Irish et al. (2010) PMID: 20386128

[8] Jensen et al. (2005) PMID: 15890749

[9] Levine et al. (1997) PMID: 9244220

[10] Narici & de Boer (2010) PMID: 20617334

[11] Pavy-Le Traon et al. (2007) PMID: 17661073

[12] Turner & Robling (2005) PMID: 15793082

[13] Vainionpää et al. (2007) PMID: 17140871

*Käytä Pubmed.org –sivustoa PMID-koodeilla julkaisujen etsimiseen. Suorat linkit numerosarjoissa.