Informacije

Kakav je efekat smanjene gravitacije na ljudsku visinu?

Kakav je efekat smanjene gravitacije na ljudsku visinu?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Nedavno se govorilo o izgradnji baze na Mjesecu ili Marsu. Ono što me zanima je da ste rođeni i odrasli na Mjesecu, gdje je gravitacija desetina Zemljine, da li biste bili viši nego da ste rođeni i odrasli na Zemlji?


Koliko ja znam, niko se nikada nije rodio u svemiru, pa se na vaš odgovor ne može direktno odgovoriti. Međutim, poznato je da je odsustvo gravitacije rezultira u povećanje tjelesne visine za nekoliko centimetara. To je zbog istezanja kičmenog stuba, koji više nije pritisnut povlačenjem gravitacije prema dolje1. Na primjer, astronaut Richard Hieb, koji je proveo 2 sedmice u svemiru, otkrio je da se njegova visina povećala za 1 inč (~ 2,5 centimetra)2. Gubitak gravitacije također uzrokuje migraciju krvi i drugih tekućina iz nogu u gornji dio tijela, što rezultira oticanjem lica i izbočenjem vena na vratu1. Pretpostavljam da se ovi učinci prijavljeni pri nultoj gravitaciji barem djelomično odnose na 10% gravitacije.

Izvori
- Airbusova odbrana i svemir
- NASA


Kako gravitacija utječe na ljudsko tijelo i proces starenja

Gravitacija je sila privlačenja koja postoji bilo koje dvije mase, bilo koja dva tijela i bilo koje dvije čestice. Što je objekt veći, to je njegova gravitacija privlačnija. Gravitacija Zemlje je ono što vas drži na tlu i ono što pokreće predmete da padaju. Gravitacija je upravo ono što drži planete u njihovoj orbiti po čitavom Suncu i ono što zadržava Mjesec u orbiti oko Zemlje. Što ste bliže nekom predmetu, to je moćnije njegovo gravitaciono privlačenje. Gravitacija je upravo ono što vam nudi višak kilograma. To je pritisak koji povlači svu masu u ljudskom tijelu. Sir Isaac Newton (1642-1727) formulisao je teoriju gravitacije kada mu je jabuka pala na glavu. Takođe, ova sila ima ogroman uticaj i na ljudski organizam.

Moguće je da je najočigledniji efekat gravitacije na sistem kompresija kičmom. Okosnicu čine pršljenovi i diskovi nalik spužvi. Silazna sila gravitacije pokreće diskove da ispuštaju vlagu tokom dana, što je posljedica svakodnevnog vršnog nedostatka od čak 1/2 ″ – 3/4 ″! Vlažnost se vraća na disk preko noći, ali ne 100%. Tijekom života, osoba može potpuno eliminirati među 1/2 visine#8243 – 2 i#8243

Veliko smanjenje ne utječe samo na zdravlje leđa, već djeluje kao “domino efekt ” na ostatak ljudskog tijela. Vaši organi postaju komprimirani, a i mjerenje struka se povećava (bez dobivanja stvarnih težina). Ove kompresijske bore nastale su zbog činjenice da su djelomično direktna posljedica kompresije vaše kralježnice! Ovo također rezultira vašom sposobnošću kretanja i savijanja, što često može ozbiljno omesti vašu sposobnost obavljanja vrlo jednostavnih svakodnevnih funkcija.

Gravitacija također pustoši u unutrašnjosti ljudskog tijela. Vremenom, organi prolabiraju ili klize sa svog odgovarajućeg mjesta u tijelu. Funkcionalnost organa postat će manje ekonomična. Zaista nije neobično da ljudi danas imaju problema s bešikom, bubrezima i probavom zbog prolapsa organa. Iz tog razloga, vekovima su praktičari joge izrađivali stalke za glavu kako bi osigurali pravi položaj organa.

Fleksibilnost

Najveći gubitak i veća sredina neminovno dovode do pada funkcionalnosti. Vjerovatno najvažniji aspekt zadržavanja aktivnog načina života dok starite je održavanje fleksibilnosti kretanja. Gravitacija nas zapravo može lišiti sposobnosti igranja golfa, vrta u dvorištu i sudjelovanja sa našim unucima u kasnijim godinama.

Cirkulacija

Ako gravitacija može spriječiti protok vode uzbrdo, također bi mogla spriječiti da krv u našim tijelima slobodno teče prema gore. Vremenom, gravitacija obično utiče na cirkulatorni sistem, što može dovesti do proširenih vena, smanjene cirkulacije vlasišta i otečenih udova. Loša cirkulacija u očima, ušima, porama i koži, tjemenu i mozgu razlog je zašto naši najvrijedniji organi propadaju za cijeli životni vijek.

Ukratko, čini se da je gravitacija značajan (ali ne i potpun) uzrok starenja. Njegovo povlačenje stvara veliki pritisak na tjelesne organe i sposobnosti što dovodi do trošenja bez napora i ubrzava proces starenja.


Učinci nulte gravitacije na tijelo

Prije nego što su plutajući rezervoari postali popularniji u banjama, prvenstveno su ih koristili astronauti u obuci. NASA i dalje obučava astronaute s plutajućim komorama. To je zato što plutajuće komore simuliraju okruženje bez gravitacije. Voda u komori za plutanje sadrži oko 1.200 kilograma magnezijum sulfata, zbog čega tijelo lako pluta na vrhu vode. Posebno u kombinaciji s mrakom i nedostatkom zvuka sastavnim za iskustvo plutanja, nije ni čudo što astronauti treniraju u komori.

Međutim, učinci bestežinskog stanja vrlo su različiti između komore za plutanje i dugoročnog svemirskog putovanja. Dugoročno lebdenje u svemiru može imati ozbiljne negativne učinke na tijelo. U okruženju bez gravitacije, mišići se smanjuju. To može dovesti do pogoršanja funkcije zglobova, a može dovesti i do boli u cijelom tijelu. Kosti također pate, značajno smanjujući masu proporcionalno vremenu provedenom u svemiru. Najvažniji mišić u tijelu, srce, nije izuzet od ovog efekta smanjenja.

Srce je dizajnirano da radi sa gravitacijom Zemlje. Srce pumpa krv snažno prema gore kako bi se borilo protiv sile gravitacije kako bismo imali odgovarajući protok krvi u glavu. Bez gravitacije, sila srca prema gore bila bi prejaka. To može uzrokovati oticanje očiju i lica.

Imuni sistem takođe pati. Astronauti mogu doživjeti ponavljanje dječjih bolesti, poput vodenih kozica. Bolesti koje se javljaju u nultoj gravitaciji također je teško liječiti, jer lijekovi ne moraju nužno djelovati na način na koji rade na Zemlji.

Uza sve štetne efekte dugotrajne bestežinske mase, pokazalo se da kratkotrajna bestežinska masa komore za plutanje ima značajne pozitivne efekte. Rezultirajuća relaksacija mišića omogućuje brže zacjeljivanje ozljeda, ako se primjenjuje umjereno. Pacijenti u plutajućim komorama prijavljuju značajno poboljšanje bolova u mišićima i zglobovima bilo da je bol posljedica ozljede, genetske predispozicije ili je uzrokovan stresom.

Mentalno opuštanje postignuto kratkotrajnim bestežinskim stanjem plutajuće komore ne postoji ni na jedan drugi način na Zemlji. Kada je lišen vanjskih podražaja, mozak više ne skenira prijetnje. To je nešto što svaki ljudski mozak prirodno radi dok je budan, pa čak i dok spava. Mozak, oslobođen buke, zvuka i drugih smetnji, ulazi u stanje slično snu, ali to se događa dok ste još budni i imate kontrolu.

Pozitivni učinci na zdravlje kratkoročnog okruženja bez gravitacije koje stvaraju komore senzorne deprivacije dugotrajni su. Depresija, nesanica, bol, PMS, nedostatak fokusa i stres su značajno smanjeni. Ako želite doživjeti nešto što je bliže svemirskom putovanju koliko možete imati na Zemlji s terapeutskim učincima, kontaktirajte Northwest Float Center.


Smanjenje gravitacije

Ne možete je vidjeti, dodirnuti, okusiti ili namirisati. Ipak, možemo osjetiti njegove učinke svaki dan i doživjeti njegovo kumulativno oštećenje na našim tijelima tijekom života. Nijedna druga sila na nas ne utiče tako dramatično.

Na koju silu mislimo? TEŽINA.

Kad mu je jabuka pala na glavu i formulirao zakon gravitacije, Sir Isaac Newton počeo je shvaćati ulogu gravitacije u kontroli Mjesečeve putanje. Međutim, Newton vjerovatno nije shvatio dubok učinak ove sile na ljudsko tijelo.

Jeste li ikada primijetili da vam se hlače na kraju dana malo zatežu oko struka? Jeste li ikada namještali retrovizor ujutro, a zatim noću? Jeste li shvatili da nakon 20. godine gubite u prosjeku 1/2" visine svakih dvadeset godina? Da li patite od proširenih vena, otečenih stopala ili bolova u leđima? Ako ste odgovorili potvrdno na bilo koje od ovih Pitanja, vi ste žrtva neizbežne, tlačne sile gravitacije.

Rezultati konstantnog povlačenja gravitacije prema dolje na našim licima, ramenima, leđima, vratovima, grudima, organima, nogama i stopalima su bolno očigledni za većinu nas. Gravitacija nikada ne odustaje, niti diskriminira. Mladi ili stari, kauč krompiri ili sportisti - svi ćemo doživeti promene u našem telu kao rezultat života na ovoj planeti!

Vježbanje će vam pomoći da ostanete u formi i da se učvrstite - ali vježba je i korisna i štetna za vaše tijelo. Kako to može biti? Zove se zamor od kompresije: što više trčimo, više težine podižemo, više naša tijela plaćaju danak od gravitacije.

Kičma
Možda je najuočljiviji učinak gravitacije na tijelo kompresija kralježnice. Naša kičma se sastoji od pršljenova i diskova nalik spužvi. Sila gravitacije prema dolje uzrokuje da diskovi gube vlagu tijekom dana, što rezultira dnevnim gubitkom visine do 1/2 " - 3/4"! Vlaga se vraća na disk preko noći, ali ne 100%. Tokom života, osoba može trajno izgubiti visinu između 1/2 " - 2"!

Struk
Gubitak visine ne utiče samo na zdravlje vaših leđa, već deluje kao "domino efekat" na ostatak vašeg tela. Vaši organi postaju komprimirani i obim struka se povećava (bez stvarnog povećanja težine). Vjerojatno ove ljubavne ručke nazivate, ali mi ih nazivamo kompresijske bore jer su dijelom izravna posljedica kompresije kralježnice! To također utječe na vašu sposobnost kretanja i savijanja, što može ozbiljno ometati vašu sposobnost obavljanja jednostavnih dnevnih aktivnosti.

Organi
Gravitacija nanosi štetu i unutrašnjosti vašeg tijela. Vremenom, organi počinju prolabirati ili padati sa svog odgovarajućeg mjesta u tijelu. Funkcija organa postaje manje efikasna. Nije neuobičajeno da ljudi imaju probleme s mjehurom, bubrezima i probavom zbog ispadanja organa. Zapravo, vekovima su praktikanti joge izvodili stajanje na glavi kako bi osigurali pravilno postavljanje organa.

Fleksibilnost
Gubitak visine i veće sredine neizbježno rezultiraju gubitkom fleksibilnosti. Možda je najvažniji dio održavanja aktivnog načina života s godinama održavanje sposobnosti kretanja. Gravitacija nam zapravo može oduzeti sposobnost da igramo golf, vrt i igramo se sa svojom unucima u kasnijim godinama.

Cirkulacija
Ako gravitacija može spriječiti protok vode uzbrdo, ona također može spriječiti da krv u našim tijelima slobodno teče prema gore. Vremenom, gravitacija uzima danak na krvožilni sistem, što može uzrokovati proširene vene, smanjenu cirkulaciju vlasišta i natečene udove. Slaba cirkulacija u očima, ušima, koži, tjemenu i mozgu jedan je od razloga zašto naši najvredniji organi propadaju tijekom života.

Isprobajte ovaj jednostavan eksperiment da biste svjedočili snažnom efektu gravitacije na cirkulatorni sistem: podignite desnu ruku na dva minuta. Spustite ruku i uporedite desnu i lijevu ruku. Šta je više ružičasto? Sada razmislite o efektu cjelodnevnog stajanja na vaše donje udove. Naše tijelo podsvjesno shvaća da moramo pomoći cirkulaciji od udova do srca - koliko često se zateknete kako noge podupirete na stolu ili u osmanskom otomanu?

Sve ove probleme možemo nazvati neizbježnim posljedicama starenja. Istina je da su oni samo rezultat stalne sile gravitacije - i da nisu neizbježni.

Ako još uvijek niste uvjereni u moć gravitacije, razmislite o ovome: astronauti rastu dva inča dok su u svemiru! Tokom sedmica u orbiti, diskovi astronauta nastavljaju da upijaju vlagu iz krvotoka. Bez gravitacijskog povlačenja za istiskivanje vlage, diskovi ostaju debeli, čineći im bodlje duljima, a sami sebi višima. U stvari, svemirska odijela su dizajnirana da prihvate dodatna dva inča istezanja kičme. Nažalost, većina nas će cijeli život ostati vezana za zemlju. Evo nekoliko načina na koje to možemo nadoknaditi:

  • Kao fetusi, svi se razvijamo u gotovo bestežinskom okruženju utroba naših majki. Tokom posljednjeg tromjesečja, zapravo se okrećemo naopačke kako bismo pomogli u razvoju mozga.
  • Kao dojenčad, često smo spavali do dna! Držeći glavu niže od srca, potaknuli smo pravilnu opskrbu mozga krvlju i kisikom
  • Kao djeca, volimo da "bježimo od gravitacije" vozeći se na ljuljaškama ili visimo naglavačke na majmunskim rešetkama.
  • Kao odrasli, naslanjamo noge i stopala na stolove ili stolice kako bismo kompenzirali stalnu prisutnost gravitacije.

Ne možemo pobjeći od gravitacije, ali je možemo prevariti da radi ZA nas. Kako? Promjenom položaja tijela pod njegovom silom. Koristite gravitaciju da istegnete i izdužite svoje tijelo. Sjećate li se Nachemsonove studije koja je pokazala da ne možete izbjeći kompresiju čak ni u ležećem položaju? Ovo isto istraživanje pokazalo je da se ta kompresija može prevladati primjenom vuče 60% naše tjelesne težine. Mehanička vuča može biti previše neugodna i komplicirana te ju je teško vježbati kod kuće.

Jedini praktičan način za postizanje ove količine sile istezanja je inverzija.

Konačno smo pronašli jednostavan alat koji nam pomaže da preokrenemo negativnu, kompresivnu silu gravitacije na naše tijelo! Da biste saznali više o tome kako inverzija može pomoći u produženju kralježnice, održavanju pravilnog položaja organa, poboljšanju cirkulacije i povećanju fleksibilnosti,


Da li bi ljudi rođeni na Marsu postali viši od Zemljana?

Ako ikada uspemo da prevaziđemo probleme sa plodnošću i seksom u svemiru, verovatno ćemo izbaciti malu humanoidnu decu na druge planete. Ali naši mali tikovi možda neće dugo ostati mali.

Na Zemlji neprestano doživljavamo stabilnu ruku gravitacije pri sili od 1 g tokom cijelog svog života. Na drugim planetama u našem Sunčevom sistemu to jednostavno nije moguće. Istraživači rade na načinima da učine umjetnu gravitaciju mogućom kako bi se ljudskim tijelima olakšali dugi letovi. Prema NASA -i, većina astronauta raste oko 2 inča dok su u svemiru jer smanjena gravitacija uzrokuje širenje tekućine između kralježaka. Gube visinu u roku od 10 dana od povratka na Zemljinu gravitaciju koja uništava. Zbog rasta, NASA koristi svemirska odijela koja imaju dodatni prostor za smještaj dodatne visine.

(Takođe, postajete viši dok spavate: Dok ležite u krevetu, gravitacija vas gura prema dolje i dovoljno produžuje kralježnicu, tako da ste kad se probudite obično oko pola centimetra viši nego prethodne noći.)

Zgrabite te Marsovce za svoj košarkaški tim. Zagovornik naselja na Mars Robert Zubrin je teoretizirao da bi djeca rođena na drugim planetama sa nižom gravitacijom, poput Marsa, koji ima samo jednu trećinu Zemljine gravitacijske sile, u stvari porasla za nekoliko centimetara više nego što bi imati na Zemlji. Dok se geni naslijeđeni od roditelja ne bi promijenili, kičma se mogla izdužiti više nego na Zemlji. Srećom, marsovska djeca rođena u okruženju s niskim g-om ne bi patila od problema s mišićnom masom i kostima koje imaju astronauti s dugim letom.

Nažalost, najveći mogući problem sa vašim Galaktičkim Globetarima mogao bi isplivati ​​na površinu ako bi se ljudi rođeni s niskom gravitacijom pokušali vratiti na Zemlju. Doživjeli bi tri puta veću gravitaciju kod kuće i mogli bi imati ozbiljne probleme s kostima. Na primjer, jedan NASA-in naučnik, Al Globus, daje primjer nekoga ko je težak 160 funti. Ako odem na planet od 3 g, što je ekvivalent kretanju s Marsa na Zemlju, imao bih skoro 500 kilograma i imao bih velikih poteškoća ustati iz kreveta, rekao je Globus. Za djecu odraslu na Mjesecu ili Marsu pohađanje koledža na Zemlji neće doći u obzir.


Marsovska specijacija

Solomon je objasnio da se nove vrste najčešće razvijaju kada barijera sprječava parenje populacije, na primjer na otočnom arhipelagu, pa se vrste na zasebnim otocima Galapagosa razvijaju odvojeno. Sa modernim čovječanstvom, naravno, trend ide u suprotnom smjeru, jer se ljudi kreću planetom brzinom bez presedana u ljudskoj istoriji. "Dakle, na planeti Zemlji bila bi potrebna velika promjena da biste zamislili da imamo populaciju izoliranu dovoljno dugo da imamo različite vrste", rekao je.

Jaz između Zemlje i Marsa mogao bi predstavljati takvu prepreku da je kolonija Marsa samoodrživa i postojana. Prirodnom selekcijom, ljudi i svi organizmi koje sa sobom donose, poput biljaka, mogu se razviti i prilagoditi oštrom okruženju Marsa i niskoj gravitaciji, što je samo trećina Zemljine teže.

Dalje čitanje

Zbog nedostatka magnetosfere, Mars je bombardovan povećanom brzinom zračenja, što takođe pogoduje specijaciji. Jonizujuće zračenje uzrokuje mutaciju u genima, što bi predstavljalo izvor novih genetskih varijacija. To bi moglo ubrzati proces adaptacije. S druge strane, Solomon je rekao da bi veće zračenje moglo samo ubiti ljude. Ili bi to moglo uzrokovati da se kolonisti neprestano guraju unutar malih staništa i svemirskih odijela, vodeći egzistenciju nalik Morloku i suočavajući se sa sličnom evolucijskom sudbinom.

Na kraju, ipak može proći dosta vremena dok se specifikacija ne dogodi. Jedna čvrsta tačka podataka koju imamo na Zemlji je kolonizacija Amerike, koju su naselili talasi ljudi koji su se kretali preko Beringovog tjesnaca oko kraja posljednjeg ledenog doba. Ove su populacije tada bile izolirane od ostatka svijeta otprilike 10.000 godina. Kada su Evropljani stigli, pronašli su izrazitu populaciju domorodačkih Amerikanaca, rekao je Solomon, ali svakako ne drugu vrstu. To bi sugeriralo da bi, na planeti sa sličnom atmosferom i gravitacijom kao Zemlja, ljudskoj populaciji trebalo više od 10.000 godina da se odredi. Mars nije ta planeta, naravno.

Još jedan faktor koji treba uzeti u obzir dok ljudi razmišljaju o kolonizaciji drugih svjetova, rekao je Solomon, je "učinak osnivača", što jednostavno znači da će, kada mali broj ljudi uspostavi novu populaciju iz veće populacije, geni osnivača imati veliki utjecaj da se ta populacija kreće naprijed. To se dogodilo sa malim grupama ljudi koji su se širili iz Afrike.

"Razmišljam o tome kakva bi mogla biti dugoročna sudbina naše vrste", rekao je Solomon. “Kada biramo koloniste, ne vjerujem da bismo trebali pokušavati odabrati koje atribute želimo u novoj vrsti ljudi.Ali zanimljivo je pomisliti da ako uzmete samo ljude iz određenih populacija ili pokušate uključiti raznolikost cijelog čovječanstva, kako bi ti ishodi bili vrlo različiti za potencijal onoga što bi moglo postati nova vrsta ljudi.”


Ljudsko kretanje u uslovima smanjene gravitacije: biomehanička i neurofiziološka razmatranja

Smanjena gravitacija nudi jedinstvene mogućnosti za proučavanje motoričkog ponašanja. Ovaj rad ima za cilj dati pregled tekućih pitanja poznatih alata i tehnika koje se koriste za simulaciju hipogravitacije i njihovih učinaka na kretanje ljudi. Hodanje i trčanje oslanjaju se na oscilatornu mehaniku udova, a jedan od načina da se promijene njegova dinamička svojstva je promjena nivoa gravitacije. Gravitacija ima snažan utjecaj na optimalnu brzinu oscilacija udova, optimalnu brzinu hodanja i obrasce mišićne aktivnosti, a prijelazi hoda događaju se glatko i sporije pri nižim razinama gravitacije. Izmijenjeni centar kretanja mase i uzajamni odnos dinamike stava i zamaha može izazvati nove oblike kretanja u heterogravitacijskom okruženju. Nadalje, zapažanja u nedostatku gravitacijskih efekata pomažu u otkrivanju intrinzičnih svojstava generatora lokomotornih uzoraka i omogućuju evidentno olakšavanje nenamjernog gaženja ekstremiteta. S obzirom na to, istraživanje svemirskih neuronauka sudjelovalo je u razvoju novih tehnologija koje se mogu koristiti kao djelotvoran alat za rehabilitaciju hoda.

1. Uvod

Život se razvio u prisutnosti gravitacije, koja ima dva velika utjecaja na motoričke funkcije: specifična orijentacija tijela u prostoru i antigravitacijski mišićni tonus te specifična pravila kretanja u gravitacijskom polju. Gravitacija igra bitnu ulogu u kopnenoj lokomociji. Dominantna hipoteza o šablonima za dvonožno hodanje u gravitacionom polju je klatni mehanizam hoda, do srednjih brzina, i mehanizam odskakanja trčanja, do najvećih mogućih brzina [1]. Mehanizam izmjene energije nalik obrnutom klatnu koji se odvija tijekom hodanja bio bi optimiziran manjim brzinama pri smanjenoj gravitaciji [2, 3]. Unatoč našem intuitivnom uvažavanju utjecaja gravitacije, ne razumijemo u potpunosti kako gravitacija stupa u interakciju s drugim silama, kao što je inercija, da utječe na mnoge biološke i fizičke procese i koji tip hoda i/ili sinhronizacije udova (kas, galop, bočni slijed hodanje, tempo, preskakanje itd.) bi se razvijali na drugim nivoima gravitacije.

Razumijevanje karakteristika kretanja ključno je za one koji rade u području biomehanike hoda i neurofiziologije mreža za generiranje uzoraka i protumjera vježbi za astronaute. Mnogi istraživači istraživali su učinke smanjenja i uklanjanja gravitacije na kinematiku i kinetiku lokomotiva [4–8]. Drugi su proučavali lokomociju u stvarnom bestežinskom stanju ili hipogravitaciji [9, 10]. Tehnike su uključivale vešanje kabela na leđima i uspravnim kablovima, letenje paraboličnim avionima, uranjanje u vodu i centrifugalne metode [6]. Povećano znanje o kinematici kretanja, kinetici, obrascima mišićne aktivnosti i modulaciji senzornih povratnih informacija može pomoći u olakšavanju učinkovitijih protumjera vježbanja, razvoju inovativnih tehnologija za rehabilitaciju hoda i pružiti nove uvide u naše razumijevanje fizioloških učinaka gravitacije. U ovom pregledu ćemo razmotriti poznate alate i tehnike koje se koriste za simulaciju hipogravitacije i njihove efekte na ljudsku lokomociju.

2. Metode i uređaji za simulaciju smanjene gravitacije

Svemirski letovi direktniji su način procjene utjecaja gravitacije na kretanje, ali proučavanje kretanja u stvarnoj hipogravitaciji je zahtjevno i skupo [6]. Nedostaci eksperimenata u svemirskim letovima uključuju poteškoće u korištenju potrebnog hardvera za prikupljanje podataka i izvođenju eksperimenta s odgovarajućom veličinom uzorka. Parabolični let nudi održivu alternativu, ali su periodi bestežinskog stanja ograničeni na

20 s, što dopušta samo istraživanje akutnog kretanja [11].

Postoji nekoliko uređaja koji su se u prošlosti koristili za simulaciju smanjene gravitacije. Jedan od sistema koji se češće koristi je vertikalna potpora tjelesne težine (BWS) (Slike 1(a) i 1(b)). Ovakve vrste simulatora obično se dobivaju podupirući subjekte u pojasu koji primjenjuje kontroliranu silu prema gore. Na primjer, mehanizam WARD [12] sastoji se od mehaničkog zupčanika koji pokreće pneumatski cilindar (slika 1 (b)). Drže se u kolicima koja klize napred i nazad preko staze. Klizanje mehanizma s malim trenjem osigurava da se na subjekt primjenjuju samo okomite sile. Vertikalni BWS sistemi također mogu koristiti malo povećanje tlaka zraka oko donjeg dijela tijela korisnika kako bi stvorili silu podizanja približno u centru mase osobe [13]. Drugi vertikalni sistemi [8, 14] koriste seriju usklađenih gumenih opružnih elemenata koji su rastegnuti kako bi stvorili silu prema gore (za simulaciju gravitacije manjoj od 1 g) ili prema dolje (za simulaciju gravitacije veće od 1 g) (slika 1(a) ). Glavno ograničenje ovih simulatora smanjene gravitacije (pored visokog lokalnog pritiska kože preko uprtača) je da svaki potporni ud doživljava simulirano smanjenje gravitacije proporcionalno primijenjenoj sili, dok ud koji se ljulja doživljava 1 g.


(a) Vertikalni sistem za simulaciju izmjenjene gravitacije
(b) Vertikalni BWS
(c) Nagnuti BWS
(d) Nagnuti BWS
(e) Sistem suspenzije na leđima
(f) Sistem za uravnoteženje pasivne gravitacije
(a) Vertikalni sistem za simulaciju izmjenjene gravitacije
(b) Vertikalni BWS
(c) Nagnuti BWS
(d) Nagnuti BWS
(e) Sistem suspenzije na leđima
(f) Sistem za uravnoteženje pasivne gravitacije Simulatori smanjene gravitacije za kretanje. (a) Šema vertikalnog sistema koji se koristi za simulaciju različitih vrijednosti gravitacije (precrtano iz [8]). R: gumice, B: šipke od lakih metala, M: elektromotor za rastezanje sistema elastičnih traka, PL: remenice za preokretanje smjera povlačenja subjekta (isprekidane linije). (b) Vertikalni sistem podrške tjelesnoj težini (BWS): subjekt hoda po traci za trčanje s različitim nivoima BWS -a dok je oslonjen u pojaseve, povučen prema gore unaprijed postavljenom silom istovara

Nagnuti BWS sistemi (slike 1 (c) i 1 (d)) konstruisani su da simuliraju realnije efekte promjena gravitacije i na položaj i na zakretne noge u sagitalnoj ravni. Ovi simulatori, koje su u prošlosti koristili i Roskosmos (Ruska Federalna svemirska agencija) i NASA za obuku astronauta prije svemirskih letova [15–17], zasnovani su na ideji neutralizacije komponente sile gravitacije koja je normalna na ležeći površina [mg

cos (α), gdje je α kut nagiba], dok je komponenta sile teže koja djeluje na tijelo i zamahujući udovi u sagitalnoj ravni smanjena u odnosu na kut nagiba [mg sin (α)]. Sličan koncept korišten je u simulatoru smanjene gravitacije (slika 1 (d)) koji su dizajnirali Ivanenko i sur. (Italijanski patent broj Rm2007A000489): ispitanik leži na boku na nagnutom kauču (do 40° u odnosu na horizontalni položaj) s obje noge obješene u egzoskelet i korača na traci za trčanje, koja je nagnuta pod istim uglom [7, 18, 19]. Ovaj simulator je uključivao dodatnu masu nagnute šasije (

15 kg) i egzoskelet (1,5 kg za svaku nogu). Tako je cijeli skup imao masu

18 kg koji je tokom hodanja povećao i gravitacijske i inercijalne sile.

Druga klasa manipulacija povezanih s gravitacijom je „uređaj za opterećenje subjekta“ (SLD) koji primjenjuje silu zamjene gravitacije u smjeru prema površini. Ova vrsta SLD -a može se koristiti u vertikalnim sistemima za povećanje gravitacije [8] ili u ležećem položaju (slika 1 (e)). Kad astronaut hoda ili trči na pokretnoj traci u bestežinskom stanju, uređaj za opterećenje subjekta se koristi da ga vrati natrag do pojasa na traci za trčanje i da optereti udove. Opterećenje gravitacionom zamjenom prenosi se, preko pojasa, na zdjelicu i/ili ramena. Simulatori gravitacije mogu simulirati aktivno trčanje na traci za trčanje u bestežinskom stanju i pružiti metodu testiranja predloženih poboljšanja u dizajnu SLD i protokolima vježbanja [20, 21]. U sistemima za oslanjanje na leđima (Slika 1(e)), subjekti su okačeni horizontalno pričvršćeni na lateks gumene užad. Za nadlaktice i noge (ukupno osam) pričvršćeni su platneni rukav i gumeni gajtan [20]. Ograničenje ovog sistema je lokalni pritisak na neke delove tela (npr. ramena) i modifikacije u dinamici faze zamaha usled nestalnih sila gumenih užadi i gravitacije koje deluju u anterio-posteriornom smeru pokreta nogu (slika 1(e) ).

Na osnovu pasivne tehnologije uravnoteženja gravitacije, Ma et al. [22, 23] predložili su koncept dizajna pasivnog simulatora smanjene gravitacije za simulaciju ljudskog hodanja ili drugih aktivnosti u okruženju smanjene gravitacije za potencijalnu primjenu obučavanja astronauta i svemirskih putnika (Slika 1(f)). Sustav se sastoji od 3-DOF mehanizma s dvostrukim paralelogramom, 2-DOF sklopa potpore torza i para 3-DOF egzoskeleta za noge. Težina tijela i nogu kompenzira se opružnim mehanizmom s dvostrukim paralelogramom i sklopom za podupiranje trupa, a težina svake noge nadoknađuje se egzoskeletom nogu. Sustav može simulirati ljudsko hodanje i skakanje u hipogravitacijskom okruženju [24]. Trenutno su u toku izrada prototipova hardvera i eksperimentalna studija novog sistema.

U sljedećem odjeljku razmatramo osnovne principe prilagođavanja kretanja različitim vrijednostima gravitacije koristeći ovdje opisane tehnologije.

3. Biomehanički aspekti kretanja u smanjenoj gravitaciji

Unatoč nekim razlikama, svi pristupi simulacije smanjene gravitacije pokazuju razumnu aproksimaciju smanjenja gravitacijske sile koja djeluje na centar tjelesne mase (COM) i slične rezultate koji se odnose na brzinu prijelaza u hodu. Važna posljedica ponašanja udova poput klatna u gravitacijskom polju je princip dinamičke sličnosti [29], koji kaže da geometrijski slična tijela koja se oslanjaju na mehaniku kretanja sličnu klatnu imaju sličnu dinamiku hoda pri istom Froudeovom broju. :

gdje je brzina kretanja, ubrzanje gravitacije i karakteristična dužina noge. Odnosno, sve dužine, vremena i sile se skaliraju istim faktorima. Da bi se optimizirao povrat mehaničke energije, kinetička energija i krivulje potencijalne energije moraju biti jednake po amplitudi i suprotne u fazi, kao u klatnu. Uz pretpostavku da je promjena kinetičke energije unutar svakog koraka rastuća funkcija brzine hoda (dok je promjena potencijalne energije proporcionalna gravitaciji), predložena je hipoteza da bi mehanizam izmjene energije nalik obrnutom klatnu tokom hodanja bio optimiziran pri manjim brzinama pri smanjenoj gravitaciji [3, 10]. Optimalna razmjena između potencijalne i kinetičke energije COM-a odvija se na Fr

0,25 [2] (Slika 2 (a)). Iako specifične proporcije segmenata ekstremiteta mogu igrati bitnu ulogu u kinematici i energiji hodanja [30], anatomija životinja i individualizirane dimenzije segmenta ekstremiteta optimizirane su na takav način da Froudeov broj može objasniti optimalnu brzinu hoda.


(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c) Biomehaničke značajke kretanja u uvjetima smanjene gravitacije. (a) Optimalne (plave) i brzine prijelaza (zelene) prijelazne brzine u funkciji gravitacije. Dinamički slične brzine predviđene za Fr = 0,25 i Fr = 0,5 označene su plavom i zelenom isprekidanom krivuljom [25]. Zeleni krugovi i zvijezde odnose se na mjerenja optimalnih prijelaznih brzina hodanja i trčanja u simuliranim uvjetima niske gravitacije [5, 18]. Sivi trokut označava raniju procjenu optimalne brzine hodanja koju su za gravitacijsko okruženje Mjeseca predvidjele Margaria i Cavagna [3]. Plavi trouglovi se odnose na optimalne brzine (pri kojima se odvija većina mehaničke razmene između potencijalne i kinetičke energije centra mase tela) dobijene u simulacionoj studiji Griffin et al. [26]. Plavi krugovi predstavljaju mjerenja optimalne brzine postignute tijekom paraboličnog leta [10, 27]. (b) Vremenski tok neto vertikalne komponente sila reakcije u cipelama iscrtane kao funkcija prostornih koordinata stopala pri različitim smanjenim nivoima gravitacije. Obratite pažnju na promjenu okomite ljestvice u stanju od 0,05 g. Donji desni panel prikazuje trajektorije centra pritiska superponirane na obris stopala (prilagođeno iz [28]). (c) Maksimalna uzdužna brzina stope i izlet nogom

Na Zemlji se hodanje i trčanje obično usvajaju za različite brzine kretanja, pri čemu se željeni prijelaz događa pri

2 m/s za odrasle ljude i pri malim brzinama za djecu (Fr

0.5), u skladu s teorijom dinamičke sličnosti [29]. Različite studije [4, 18] pokazale su da se na nižim razinama gravitacije prijelaz hodom-trčanjem odvijao postupno sporijim apsolutnim brzinama, ali pri približno istom Froudeovom broju (slika 2 (a)).

Uprkos sličnostima u aproksimaciji smanjene gravitacije, ipak postoje bitne razlike između različitih pristupa simulaciji. Varijable koje su pokazale najveće razlike između vertikalnih i nagnutih sistema smanjene gravitacije (slika 1) bile su maksimalna uzdužna brzina stopala i uzdužni izlet stopala (slika 2(c)), u skladu sa značajnim utjecajima gravitacije na dinamiku zamahne noge [7]. Iako se maksimalna uzdužna brzina stope za nagnuto stanje BWS -a smanjila samo neznatno u odnosu na vertikalni BWS, stvarni pad je bio znatno očigledniji ako se uzme u obzir da je značajno nadoknađen ili prikriven prirastima u dužini koraka [ 7]. Prethodna studija modeliranja također je predvidjela diferencijalne učinke gravitacije tijekom faza stajanja i zamaha [31]. Zapravo, promjene u uzdužnom izlazu stope bile su u osnovi suprotne za vertikalne i nagnute BWS sisteme (slika 2 (c)). Za prvi sistem amplituda uzdužnog kretanja stopala se smanjila, dok se za drugi sistem povećala u odnosu na stanje od 1 g. Uzimajući u obzir monotonu (vjerojatno proporcionalnu [32]) vezu između duljine koraka i maksimalne brzine stopala pri danoj razini gravitacije (1 g), očekivalo bi se da će najveća brzina stope biti

1,5 puta veća za vertikalni nego za nagnuti BWS uslov ako su dužine koraka bile slične (slika 2(c)). Prethodne studije o paraboličnim letovima koje su istraživale utjecaj gravitacije na mehaniku hodanja pokazale su povećanja u trajanju faze zamaha (za 29% pri 0,25 g [33] vidi također [11]), u skladu sa značajnim doprinosom gravitacije nozi zamaha . Sve u svemu, nalazi pokazuju da gravitacija koja djeluje i na stojeće i na zamašne noge igra važnu ulogu u oblikovanju lokomotornih obrazaca.

4. Nelinearna reorganizacija EMG obrazaca

Poznato je da opterećenje igra ključnu ulogu u oblikovanju uzorkovane snage motora tijekom koraka [34–36], a ljudi proizvode specifičan uzorak valjanja od pete do pete za vrijeme držanja u normalnim gravitacijskim uvjetima. Sile dodira s tlom odražavaju neto okomite i posmične sile koje djeluju na dodirnu površinu i rezultat su zbroja proizvoda ubrzanja mase svih segmenata tijela dok je stopalo u dodiru s tlom [37]. Simulacija smanjene gravitacije između 0,05 i 1 g otkriva drastične promjene kinetičkih parametara, ali ograničene promjene kinematičke koordinacije [28]. Prijavljena precizna kontrola kinematike ekstremiteta/stopa [28] može ovisiti o mehanizmima kompenzacije opterećenja i pomaka koji efikasno rade u širokom rasponu sila kontakta sa tlom, od pune tjelesne težine do <5% njegove vrijednosti. Vršne okomite kontaktne sile smanjuju se proporcionalno gravitaciji, ali se pri 0,05 g primjenjuju samo na prednji dio stopala (slika 2 (b)). Tijekom opterećenja donjih ekstremiteta mogu se aktivirati različiti receptori, poput organa Golgijeve tetive, kožnih receptora stopala i vretena iz istegnutih mišića [36]. Ovi senzorni signali stupaju u interakciju sa središnjim centrima koji stvaraju ritam i pomažu u oblikovanju motoričkih obrazaca, kontroliranju faznih prijelaza i jačanju tekućih aktivnosti [38, 39]. Na primjer, opterećenje ekstremiteta pojačava aktivnost mišića protiv gravitacije za vrijeme držanja i odgađa početak sljedeće fleksije [40]. Važno je razumjeti mehanizme senzomotorne adaptacije na biomehaniku lokomocije i postavljanja/opterećenja stopala u heterogravitaciji, posebno na dugotrajnije promjene opterećenja.

Ključna karakteristika adaptacije na hipogravitaciju je izvanredno nelinearno skaliranje mišićne aktivnosti suprotno monotonim promjenama opterećenja stopala. Najjednostavnija vrsta promjene sa simuliranom smanjenom gravitacijom [28] viđena je u ekstenzorima gležnja: srednja amplituda aktivnosti sustavno se smanjivala sa smanjenjem simulirane gravitacije, u skladu s njihovom antigravitacijskom funkcijom [35, 41]. Nasuprot tome, ponašanje drugih mišića nije se moglo predvidjeti jednostavno na osnovu statičkog opterećenja tijekom držanja. Amplituda i obrazac mišićne aktivnosti općenito su ovisili o brzini i mogli su nemonotono varirati s rasterećenjem tijela. Došlo je i do složene reorganizacije obrasca aktivnosti butnih mišića sa smanjenjem simulirane gravitacije, kao i značajnih individualnih razlika [28]. Slika 3 (a) ilustrira primjer nelinearne reorganizacije EMG uzoraka u jednom subjektu koji hoda 3 km/h. S rasterećenjem tjelesne težine, gluteus maximus i distalni ekstenzori nogu smanjili su svoju aktivnost, dok su drugi mišići pokazali "paradoksalno" povećanje aktivacije (na primjer, kvadriceps) ili značajne promjene u aktivacijskim valnim oblicima (mišići potkoljenice). Imajte na umu i odsustvo tipičnog rafala RF -a na početku faze zamaha pri niskim simuliranim nivoima gravitacije (slika 3 (a)), u skladu s drugim studijama o učinku rasterećenja tjelesne težine [42] i brzine hodanja [43] . Malo je vjerojatno da su ove promjene posljedica redoslijeda ispitivanja ili posljedice učenja uvjeta hipogravitacije budući da je redoslijed prezentacije brzina i BWS randomiziran u sesijama i eksperimentima [28]. Takođe, trajanje svakog suđenja je bilo

1 min, sa najmanje 2 min odmora između ispitivanja i kratko (

30 s) period treninga hodanja različitim brzinama bio je dozvoljen za svaki simulirani smanjeni nivo gravitacije prije nego što je započelo prikupljanje podataka (obrasci hodanja se obično brzo prilagođavaju simuliranoj smanjenoj gravitaciji [4, 5]). Ova reorganizacija je vjerovatno povezana s multifunkcionalnim (biartikularnim) djelovanjem ovih mišića i potrebom da se preraspodijeli doprinos zglobnog momenta na različite mišiće kao funkcija promjena izazvanih gravitacijom. Na 1 g, glavni vrh m. Aktivnost bicepsa femorisa koja se javlja prije kontakta sa petom služi za usporavanje zamahanog ekstremiteta [37]. Međutim, kako se gravitacija smanjuje, njegova glavna aktivnost se javlja u srednjem i kasnom stavu, vjerovatno u vezi sa potrebom da se pomogne preskoku preko obrnutog klatna udova stava i pokretanja zamaha.


(a)
(b)
(a)
(b) Nelinearna reorganizacija obrazaca mišićne aktivnosti. (a) Primjer ansambl-prosječne elektromiografske (EMG) aktivnosti mišića donjih ekstremiteta u odnosu na normalizirani ciklus hoda prikazan je za subjekta koji hoda pri 3 km/h pri različitim simuliranim smanjenim nivoima gravitacije [28]. (b) Prosječna EMG aktivnost izračunata tokom ciklusa hoda i prosječna za sve cikluse i subjekte (

Mogu postojati različiti faktori koji objašnjavaju nelinearnu reorganizaciju obrazaca mišićne aktivnosti sa gravitacijom. Za početak, nelinearno skaliranje se dešava i tokom hodanja različitim brzinama pri 1 g. Na primjer, VL i RF aktivnost je prilično mala pri malim brzinama (manje od

3 km/h), ali postaje izraženiji pri većim brzinama (& gt4 km/h) (slika 3 (b)), što je učinak brzine u skladu s onim prijavljenim u literaturi [28, 43, 45, 46]. S obzirom na to, valja naglasiti da hodanje pri nižim razinama gravitacije pri istoj brzini (slika 3 (a)) odgovara hodanju pri većim brzinama ako se koristi Froudeov broj kao bezdimenzionalni parametar (na primjer, hod pri hodu pri 0,25 g javlja se u

4 km/h, slika 2 (a)), tako da „paradoksalni“ prirast VL i RF EMG aktivnosti na slici 3 (a) može odražavati veće biomehaničke zahtjeve za proksimalne mišiće nogu pri većim bezdimenzionalnim brzinama. Nelinearna reorganizacija EMG obrazaca je također uočena kada se koriste robotski uređaji s egzoskeletom koji pružaju podršku tjelesnoj težini [42, 47]. Promene u referentnoj konfiguraciji tela tokom stava (blago savijeno držanje [48, 49]) mogu doprineti većoj aktivnosti i proksimalnih ekstenzora. Konačno, postoji različit učinak brzine na mišićnu aktivnost kvadricepsa pri smanjenom nivou gravitacije: VL i RF aktivnost se povećava pri malim brzinama (& lt3 km/h) dok se smanjuje pri velikoj brzini (5 km/h) (slika 3 (b )). Potencijalno nelinearno skaliranje mišićne aktivnosti za većinu pokreta cijelog tijela u mikrogravitaciji također treba uzeti u obzir za kontramjere vježbanja za astronaute.

5. Različiti koraci

Uzimajući u obzir složene, visoko-dimenzionalne, dinamički povezane interakcije između organizma i gravitacijskog okruženja, u principu jedno izazovno rješenje je usvajanje različitih koordinacijskih obrazaca, a ne samo optimalne brzine kretanja. Da li su mogući različiti koraci na drugim planetama?

Jedan pristup proučavanju lokomotornih adaptacija je promatranje utjecaja gravitacije na prijelaze hoda. Hod je definiran kao „obrazac lokomocije karakterističan za ograničeni raspon brzina opisanih veličinama od kojih se jedna ili više njih diskontinuirano mijenja pri prelasku u druge hodove“ [29]. Važan aspekt prijelaza u hodu je diskontinuirani prekidač koji se događa u nekom trenutku pri promjeni brzine napredovanja (iako mogu postojati izuzeci [50–52]). Kao što je već rečeno (slika 2 (a)), gravitacija ima snažan utjecaj na brzinu kojom se događaju prijelazi hoda (Fr

0,5). Iznenađujuće, međutim, otkrili smo [18, 19] da je na nižim razinama simulirane gravitacije prijelaz između hodanja i trčanja bio općenito postepen, bez ikakvih zamjetnih naglih promjena parametara hoda ili EMG -a (Slika 4 (a)). Ovo je bilo povezano sa značajnim produženjem faze zamaha, čije je trajanje postalo gotovo jednako trajanju stava u blizini prelazne brzine hoda-trčanja, i sa postepenim prelaskom sa hoda sa obrnutim klatnom (hodanje) na hod poskakivanja (trčanje). ). Nedostatak diskontinuiranih promjena u obrascu lokomotornih karakteristika ovisnih o brzini u okruženju hipogravitacije (slika 4 (b)) u skladu je s idejom o kontinuiranom pomicanju stanja danog skupa generatora centralnih uzoraka, a ne s aktivacijom zasebnog skupa centralnih generatora obrazaca za svaki poseban hod [19].


(a)
(b)
(a)
(b) Glatkoća/naglost prijelaza hoda na različitim nivoima gravitacije. (a) Soleus (SOL) EMG uzorci tokom sporih promjena u brzini pojasa trake za trčanje (donje ploče) kod jednog reprezentativnog subjekta na 0,16 g (lijevo) i 1 g (desno). Gornji paneli: primjeri SOL EMG talasnih oblika (lijevo, iscrtano u odnosu na vrijeme desno, iscrtano u odnosu na normalizirani ciklus) tokom 5 uzastopnih koraka obje noge oko prijelaza sa hodanja (crne linije) na trčanje (sive linije). Isprekidane krivulje označavaju (prijelazni) korak noge u kojoj je faza zamaha prvo premašila ciklus hoda od 50%. Donje vodoravne šipke označavaju faze stajanja (crno) i zamah (bijelo). Donji paneli: karte u boji predstavljaju niz diskretnih talasnih oblika aktivacije (vertikalne kriške).

-osa označava broj ciklusa hoda (koji odgovara odgovarajućem vremenu ispitivanja),

-osa označava normalizovani ciklus hoda (od dodira do drugog dodira), a boja označava amplitudu EMG. Bijela linija označava kada je došlo do skidanja stopala. Vertikalne isprekidane linije označavaju prijelaze od hodanja do trčanja (W-R) i od trčanja do hodanja (R-W). Uočite nagle promjene u relativnom trajanju stava i obrascima aktivacije mišića pri prijelazima hoda pri 1 g i nema očigledne razlike u tim parametrima pri prijelazu s hodanja na trčanje na 0,16 g. (b) Šematski prikaz glatkoće prijelaza hoda u funkciji gravitacije. Narančasta krivulja simbolizira bezdimenzionalnu prijelaznu brzinu hodanja u skladu s teorijom dinamičke sličnosti (Fr

Zanimljivo je da je glatkoća prijelaza u hodu popraćena postepenim prelaskom s hoda obrnutog klatna na odskočni hod, što rezultira „paradoksalnim“ obrnutim njihalom koje trči u blizini prijelaza za hodanje i hodanje [18]. Faza zamaha može imati veći utjecaj na hod nego što se ranije mislilo. Na primjer, relativno sporiji zamah i duži izleti stopala (uvjet nagnutog BWS-a, slika 2(c)) mogu pokrenuti pitanja o optimalnosti ili udobnosti hodanja i mogu uzeti u obzir potencijalno različite preferirane hode, kao što je skakanje na Mjesec uočeno kod astronauta Apolla ( iako Mjesečevo odijelo ograničava raspon kretnji u zglobovima nogu i može također pridonijeti krivudavom hodu na Mjesecu [9]). Rezultirajuće promjene u međusegmentarnoj i međumjesnoj koordinaciji mogu pak utjecati na kretanje COM -a. Sveukupno, rezultati podržavaju ideju traženja novih oblika lokomocije (i dvonožnih i četveronožnih) u heterogravitacijskom okruženju [54] na temelju međudjelovanja između dinamike držanja i zamahne noge, izmijenjenog spajanja udova i izmijenjenog centra mase.

Drugi značajni uticaji gravitacije na kratkoročne i dugoročne adaptacije hoda mogu biti povezani sa njenim efektima na referentnu konfiguraciju tela [48, 49] i anticipatorne mehanizme pokreta udova i tela [55, 56]. Na primjer, osnova uobičajenog ljudskog držanja je posturalni tonus skeletnih mišića, a mikrogravitacija izaziva značajne promjene u mišićnom tonusu i držanju [48, 49]. Na osnovu kliničkih zapažanja, nedavno se tvrdilo da svako razmišljanje o prirodi i izboru preferiranog hoda (na primjer, dvonožni nasuprot četveronožnom) treba uključiti razmatranje mehanizama koji određuju izbor nesvjesnog uobičajenog držanja [57]. Također, analogno rezultatima koji se temelje na pokretima gornjih udova koji se odnose na vrijeme do dodira [55] ili planiranje kretanja [58], predviđanje posturalnih i lokomotornih prilagodbi za pokrete donjih udova (npr. Za kontrolu udarca petom ili precizno postavljanje stopala) treba uzeti u obzir gravitaciju. Stoga, promijenjeni uvjeti gravitacije također mogu utjecati na zadatke vezane za lokomotor, kao što je prevladavanje stacionarnih i pokretnih prepreka tokom hodanja ili pokretanja/završetka hoda [56, 59, 60].

Konačno, repertoar poznatih hoda može se proširiti na razne životinje. Na primjer, na Zemlji samo nekoliko vrsta nogu, kao što su insekti vodoskoci i neke vodene ptice i gušteri, mogu trčati po vodi. Za većinu drugih vrsta, uključujući ljude, to isključuju veličina i proporcije tijela, nedostatak odgovarajućih dodataka i ograničena snaga mišića. Međutim, ako se gravitacija smanji na nižu od Zemljine, trčanje po vodi bi zahtijevalo manje mišićne snage. Nedavno su Minetti i sur. [53] su koristili ovaj hidrodinamički model Glasheena i McMahona [61] za predviđanje nivoa gravitacije na kojem bi ljudi trebali moći trčati po vodi i testirali hipotezu u laboratoriju koristeći simulator smanjene gravitacije (slika 5). Rezultati su pokazali da se hidrodinamički model guštera baziliska koji trče po vodi [61] također može primijeniti na ljude, uprkos enormnoj razlici u veličini i morfologiji tijela. Konkretno, 22% Zemljine gravitacije je maksimum na kojem ljudi mogu trčati po vodi, uz pomoć malog krutog peraja (slika 5) [53]. Također je vrijedno napomenuti ograničenja za naš mišićno-koštani sistem za proizvodnju sile/snage (izdržljivosti), na primjer, frekvencija koraka kod ljudi je ograničena na oko 2 Hz, bez obzira na planetu. Na Zemlji je najveća životinja koja može trčati po vodi vjerojatno zapadni greben, pa čak i ove ptice mogu trčati samo nekoliko sekundi jer je proizvodnja sile u osnovi anaerobna (sudionici u [53] mogli su trčati pri simuliranoj gravitaciji "Mjeseca" samo za

10 s). Nasuprot tome, pri smanjenoj gravitaciji (Mjesec), ove bi ptice mogle šarmantno trčati po vodi mnogo duže vrijeme.


(a)
(b)
(a)
(b) Trčanje po vodi pri simuliranoj smanjenoj gravitaciji. Plava kriva predstavlja neto vertikalni impuls koji je dostupan za rad na vodi, kao što je predviđeno modelom koji koriste Minetti et al. [53]. Trake predstavljaju broj subjekata, od 6, sposobnih da izbjegnu potonuće pri različitim simuliranim vrijednostima gravitacije. Obje varijable pokazuju da 22% Zemljine gravitacije (

6. Kliničke implikacije

Smanjena gravitacija također nudi jedinstvene mogućnosti za prilagođavanje osnovnih obrazaca promijenjenim lokomotornim uvjetima za rehabilitaciju hoda. Sistemi podrške tjelesnoj težini zajedno s robotskim uređajima ili farmakološkim tretmanima sada se često koriste u rehabilitacijskoj praksi kao pomoć u fizikalnoj terapiji osoba s neurološkim poremećajima. Nećemo pregledati bilo kakvu detaljnu analizu kliničkih ishoda za ambulantnost pri korištenju lokomotornog treninga sa sistemima za podršku tjelesne težine i upućivat ćemo se na druge preglede [64]. Ipak, vrijedno je naglasiti olakšavajući učinak nedostatka gravitacije na ritmogenezu i njen potencijal za oporavak hoda.

Razvijaju se nove farmakološke strategije [65] i tehnike elektromagnetske stimulacije [62, 66–68] usmjerene na moduliranje aktivnosti kralježnice i obnavljanje lokomotorne funkcije. Krug spinalnog generatora centralnog uzorka (CPG) može se lako aktivirati kod zdravih ljudi u gravitaciono neutralnom položaju primjenom toničkih centralnih i perifernih senzornih ulaza. Da bi se smanjile smetnje u tekućem zadatku kontrole tjelesne težine i ravnoteže, pokreti iskoračenja se izazivaju tokom iskoračenja u zraku u odsustvu utjecaja gravitacije i vanjskog otpora. Slika 6 ilustruje primere nevoljnih ritmičkih pokreta visećih nogu izazvanih električnom stimulacijom peronealnog nerva [62] i tokom hodanja rukom [63]. Predloženo je da funkcionalne multisenzorne stimulacije i funkcionalna neuronska sprega između ruke i nogu mogu pregledati pristup CPG -a senzornim i centralnim aktivacijama te uvući lokomotorne neuronske mreže i potaknuti oporavak hoda. Takva istraživanja mogu doprinijeti kliničkom razvoju terapija koje moduliraju centralni generator uzorka i neuroprotetskih tehnologija [65, 69].


(a)
(b)
(a)
(b) Izazivanje nenamjernih koraka udova u simuliranim bestežinskim (gravitacijski neutralnim) uvjetima. (a) Primjer nehotičnih ritmičkih pokreta obješenih nogu izazvanih električnom stimulacijom (ES) peronealnog živca iz studije Selionova i sar. [62]. Obratite pažnju na odsustvo rotacije skočnog zgloba tokom izazvanog iskoračenja. (b) Primjer evociranih ritmičkih pokreta nogu tokom hodanja rukom u jednom predmetu iz studije Sylos-Labini i sur. [63]. RF, rectus femoris, BF, biceps femoris, TA, tibialis anterior, LG, lateral gastrocnemius, FCU, flexor carpi ulnaris, BIC, biceps brachii, DELTA, prednji deltoid, ST i semitendinosus. Šaka i stopalo označavaju pomake sprijeda-straga lijeve ruke i stopala.

7. Zaključne napomene

Ova perspektiva ocrtava interdisciplinarni pristup za proširenje našeg znanja o adaptaciji ljudske lokomocije na okruženje hipogravitacije, uključujući biomehaničke, neurofiziološke i komparativne aspekte, efikasne protivmjere vježbanja za astronaute, pa čak i egzobiologiju novih oblika kretanja na različitim planetama. Alati i tehnike koji se koriste za simulaciju hipogravitacije i njihovi učinci na kretanje ljudi pružaju nove uvide u naše razumijevanje fizioloških učinaka gravitacije. Blagotvorni učinak bestežinskog stanja na ritmogenezu dodatno bi povećao korisnost ovog pristupa i razvoj inovativnih tehnologija za rehabilitaciju hoda.

Sukob interesa

Autori izjavljuju da nema sukoba interesa u vezi s objavljivanjem ovog rada.

Zahvalnice

Ovaj rad su podržali italijansko ministarstvo zdravlja, italijansko ministarstvo univerziteta i istraživanja (PRIN projekat) i italijanska svemirska agencija (donacije DCMC, CRUSOE i COREA).

Reference

  1. R. J. Full i D. E. Koditschek, „Predlošci i sidra: neuromehaničke hipoteze kretanja nogama na kopnu“, Journal of Experimental Biology, vol. 202, br. 23, str. 3325–3332, 1999. Pogledati na: Google Scholar
  2. A. E. Minetti, “Invarijantni aspekti ljudske lokomocije u različitim gravitacionim okruženjima,” Acta Astronautica, vol. 49, br. 3�, str. 191–198, 2001. Pogledaj na: Site izdavača | Google naučnik
  3. R. Margaria i G. A. Cavagna, “Ljudska lokomocija u subgravitaciji”, Aerospace Medicine, vol. 35, str. 1140–1146, 1964. Pogled na: Google Scholar
  4. R. Kram, A. Domingo i D. P. Ferris, “Učinak smanjene gravitacije na željenu brzinu tranzicije hodanja i trčanja,” Journal of Experimental Biology, vol. 200, br. 4, str. 821–826, 1997. Pogledati na: Google Scholar
  5. J. M. Donelan i R. Kram, “Učinak smanjene gravitacije na kinematiku ljudskog hoda: test hipoteze dinamičke sličnosti za lokomociju,” Journal of Experimental Biology, vol. 200, br. 24, str. 3193–3201, 1997. Pogledati na: Google Scholar
  6. B. L. Davis i P. R. Cavanagh, „Simulacija smanjene gravitacije: pregled biomehaničkih pitanja koja se odnose na kretanje ljudi“, Vazduhoplovna svemirska i ekološka medicina, vol. 64, br. 6, str. 557–566, 1993. Pogled na: Google Scholar
  7. F. Sylos-Labini, Y. P. Ivanenko, G. Cappellini, A. Portone, M. J. Maclellan i F. Lacquaniti, “Promjene kinematike hoda u različitim simulatorima smanjene gravitacije”, Journal of Motor Behavior, vol. 45, br. 6, str. 495–505, 2013. Pogled na: Google Scholar
  8. G. A. Cavagna, A. Zamboni, T. Faraggiana i R. Margaria, “Skakanje na mjesec: izlazna snaga pri različitim vrijednostima gravitacije,” Aerospace Medicine, vol. 43, br. 4, str. 408–414, 1972. Pogled na: Google Scholar
  9. C. E. Carr i J. McGee, “Apollo broj: svemirska odijela, samoodržavanje i tranzicija hoda-trči”, PLOS ONE, vol. 4, br. 8, ID članka e6614, 2009. Pogledajte na: Web stranica izdavača | Google naučnik
  10. G. A. Cavagna, P. A. Willems i N. C. Heglund, „Uloga gravitacije u hodanju ljudi: razmjena energije klatna, vanjski rad i optimalna brzina“, Journal of Physiology, vol. 528, dio 3, str. 657–668, 2000. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  11. J. K. De Witt, G. P. Perusek, B. E. Lewandowski et al., “Lokomocija u simuliranoj i stvarnoj mikrogravitaciji: horizontalna suspenzija naspram paraboličnog leta”, Vazduhoplovna svemirska i ekološka medicina, vol. 81, br. 12, str. 1092–1099, 2010. Pogled na: Stranica izdavača | Google naučnik
  12. F. Gazzani, A. Fadda, M. Torre i V. Macellari, "WARD: pneumatski sistem za smanjenje tjelesne težine u rehabilitaciji hoda", IEEE Transakcije o rehabilitacijskom inženjeringu, vol. 8, br. 4, str. 506–513, 2000. Pogled na: stranica izdavača | Google naučnik
  13. A. M. Grabowski i R. Kram, “Efekti podrške brzine i težine na sile reakcije tla i metaboličku snagu tokom trčanja,” Časopis za primijenjenu biomehaniku, vol. 24, br. 3, str. 288–297, 2008. Pogled na: Google Scholar
  14. J. P. He, R. Kram i T. A. McMahon, “Mehanika trčanja pod simuliranom niskom gravitacijom”, Časopis za primijenjenu fiziologiju, vol. 71, br. 3, str. 863–870, 1991. Pogled na: Google Scholar
  15. V. A. Bogdanov, V. S. Gurfinkel i V. E. Panfilov, „Ljudsko kretanje u uvjetima Mjesečeve gravitacije (Ljudske performanse u različitim zadacima lokomotive u simuliranim uvjetima smanjene gravitacije Mjeseca, klasifikacija ispitnih postolja i opreme),“ Kosmicheskaya Biologiya i Meditsina, vol. 5, str. 3–13, 1971. Pogledajte na: Google Scholar
  16. J. R. Hansen, Revolucija svemirskih letova: NASA -in istraživački centar Langley od Sputnjika do Apolona, National Aeronautics and Space Administration, Washington, DC, USA, 1995.
  17. D. E. Hewes, “Simulatori smanjene gravitacije za proučavanje čovjekove mobilnosti u svemiru i na Mjesecu,” Ljudski faktori, vol. 11, br. 5, str. 419–431, 1969. Pogledati na: Google Scholar
  18. Y. P. Ivanenko, F. Sylos-Labini, G. Cappellini, V. Macellari, J. McIntyre i F. Lacquaniti, “Prelazi u hodu u simuliranoj smanjenoj gravitaciji”, Journal of Applied Physiology, vol. 110, br. 3, str. 781–788, 2011. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  19. F. Sylos-Labini, Y. P. Ivanenko, G. Cappellini, S. Gravano i F. Lacquaniti, „Lagane promjene u EMG uzorcima tijekom prijelaza hoda pri rasterećenju tjelesne težine,“ Journal of Neurophysiology, vol. 106, br. 3, str. 1525–1536, 2011. Pogled na: Stranica izdavača | Google naučnik
  20. K. O. Genc, ​​V. E. Mandes i P. R. Cavanagh, “Zamjena gravitacije tokom trčanja u simuliranoj mikrogravitaciji,” Vazdušni prostor i medicina životne sredine, vol. 77, br. 11, str. 1117–1124, 2006. Pogled na: Google Scholar
  21. J. L. McCrory, H. A. Baron, S. Balkin i P. R. Cavanagh, „Lokomocija u simuliranoj mikrogravitaciji: gravitacijska zamjenska opterećenja“, Vazdušni prostor i medicina životne sredine, vol. 73, br. 7, str. 625–631, 2002. Pogled na: Google Scholar
  22. P. Lu, C. Ortega i O. Ma, "Mehanizmi pasivne gravitacijske kompenzacije: tehnologije i aplikacije", Nedavni patenti o inženjerstvu, vol. 5, br. 1, str. 32–44, 2011. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  23. O. Ma i J. Wang, "Uređaji i metode za simulaciju smanjene gravitacije", 2012. Pogledati na: Google Scholar
  24. P. Lu, J. McAvoy i O. Ma, „Simulacijska studija simulatora smanjene gravitacije za simuliranje ljudskog skakanja i hodanja u okruženju sa smanjenom gravitacijom“, u Zbornik radova ASME konferencije o dinamičkim sistemima i upravljanju, 2009. Pogled na: Google Scholar
  25. A. E. Minetti, „Hodanje po drugim planetama“, Priroda, vol. 409, br. 6819, str. 467–469, 2001. Pogledajte na: Google Scholar
  26. T. M. Griffin, N. A. Tolani i R. Kram, "Hodanje u simuliranoj smanjenoj gravitaciji: mehaničke fluktuacije energije i izmjena", Časopis za primijenjenu fiziologiju, vol. 86, br. 1, str. 383–390, 1999. Pogledati na: Google Scholar
  27. G. A.Cavagna, P. A. Willams, i N. C. Heglund, “Walking on Mars”, Priroda, vol. 393, br. 6686, članak 636, 1998. Pogledajte na: Google Scholar
  28. Y. P. Ivanenko, R. Grasso, V. Macellari i F. Lacquaniti, „Kontrola putanje stopala u kretanju ljudi: uloga sila dodira s tlom u simuliranoj smanjenoj gravitaciji“, Journal of Neurophysiology, vol. 87, br. 6, str. 3070–3089, 2002. Pogled na: Google Scholar
  29. R. Alexander McN., "Optimizacija i hod u kretanju kralježnjaka", Psihološki pregledi, vol. 69, br. 4, str. 1199–1227, 1989. Pogledati na: Google Scholar
  30. F. Leurs, Y. P. Ivanenko, A. Bengoetxea i sur., "Optimalna brzina hodanja nakon promjena u geometriji udova", Journal of Experimental Biology, vol. 214, dio 13, str. 2276–2282, 2011. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  31. D. A. Raichlen, "Učinci gravitacije na hodanje ljudi: novi test hipoteze o dinamičkoj sličnosti pomoću modela predviđanja", Journal of Experimental Biology, vol. 211, br. 17, str. 2767–2772, 2008. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  32. Y. Osaki, M. Kunin, B. Cohen i T. Raphan, „Trodimenzionalna kinematika i dinamika stopala tokom hodanja: model centralnih kontrolnih mehanizama“, Eksperimentalno istraživanje mozga, vol. 176, br. 3, str. 476–496, 2007. Pogled na: Stranica izdavača | Google naučnik
  33. J. F. Roberts, „Odzivi hoda pri Mjesecu i uslovima niske gravitacije“, AMRL-TR 6570., Laboratorija za medicinska istraživanja u vazduhoplovstvu, 1963. Pogledaj na: Google Scholar
  34. S. H. Scott i D. A. Winter, "Biomehanički model ljudskog stopala: kinematika i kinetika u fazi stajanja hodanja," Journal of Biomechanics, vol. 26, br. 9, str. 1091–1104, 1993. Pogled na: stranica izdavača | Google naučnik
  35. S. J. Harkema, S. L. Hurley, U. K. Patel, P. S. Requejo, B. H. Dobkin i V. R. Edgerton, "Ljudska lumbosakralna leđna moždina tumači opterećenje tijekom koraka", Journal of Neurophysiology, vol. 77, br. 2, str. 797–811, 1997. Pogledati na: Google Scholar
  36. J. Duysens, F. Clarac i H. Cruse, “Mehanizmi regulacije opterećenja u hodu i držanju: komparativni aspekti,” Psihološki pregledi, vol. 80, br. 1, str. 83–133, 2000. Pogledajte na: Google Scholar
  37. D. A. Winter, Biomehanika i motorička kontrola ljudskog hoda: normalna, starija i patološka, University of Waterloo Press, Waterloo, Kanada, 1991.
  38. K. G. Pearson, „Uobičajeni principi kontrole motora kod kičmenjaka i beskičmenjaka“, Godišnji pregled neuroznanosti, vol. 16, str. 265–297, 1993. Pogledati na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  39. K. G. Pearson, “Proprioceptivna regulacija lokomocije”, Trenutno mišljenje u neurobiologiji, vol. 5, br. 6, str. 786–791, 1995. Pogled na: Stranica izdavača | Google naučnik
  40. J. Duysens, B. M. H. van Wezel, H. W. A. ​​A. van de Crommert, M. Faist i J. G. M. Kooloos, “Uloga aferentne povratne sprege u kontroli aktivnosti tetive koljena tokom ljudskog hoda,” Evropski časopis za morfologiju, vol. 36, br. 4-5, str. 293–299, 1998. Pogled na: Stranica izdavača | Google naučnik
  41. L. Finch, H. Barbeau i B. Arsenault, “Utjecaj potpore tjelesne težine na normalan ljudski hod: razvoj strategije ponovne obuke u hodu,” fizikalna terapija, vol. 71, br. 11, str. 842–855, 1991. Pogled na: Google Scholar
  42. J. C. Moreno, F. Barroso, D. Farina i dr., “Efekti robotskog vođenja na koordinaciju lokomocije”, Časopis za neuroinženjering i rehabilitaciju, vol. 10, br. 1, član 79, 2013. Pogledaj na: Sajt izdavača | Google naučnik
  43. A. R. den Otter, A. C. H. Geurts, T. Mulder i J. Duysens, "Promjene u mišićnoj aktivnosti povezane s brzinom od normalne do vrlo spore brzine hodanja", Hod i držanje, vol. 19, br. 3, str. 270–278, 2004. Pogled na: stranica izdavača | Google naučnik
  44. F. Saibene i A. E. Minetti, "Biomehanički i fiziološki aspekti kretanja nogu kod ljudi", Evropski časopis za primijenjenu fiziologiju, vol. 88, br. 4-5, str. 297–316, 2003. Pogled na: Stranica izdavača | Google naučnik
  45. Y. P. Ivanenko, R. E. Poppele i F. Lacquaniti, “Mape kičmene moždine prostorno-vremenske aktivacije alfa-motoneurona kod ljudi koji hodaju različitim brzinama,” Journal of Neurophysiology, vol. 95, br. 2, str. 602–618, 2006. Pogled na: stranica izdavača | Google naučnik
  46. A. P épin, K. E. Norman i H. Barbeau, "Traka za hodanje u nepotpunim subjektima s ozljedom kičmene moždine: 1. Prilagođavanje promjenama brzine," Kičmena moždina, vol. 41, br. 5, str. 257–270, 2003. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  47. F. Sylos-Labini, V. La Scaleia, I. Pisotta et al., “EMG obrasci tokom potpomognutog hodanja u egzoskeletu,” Granice u ljudskoj neuronauci, vol. 8, članak 423, 2014. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  48. J. Massion, K. Popov, J.-C. Fabre, P. Rage i V. Gurfinkel, "Je li uspravno držanje u mikrogravitaciji zasnovano na kontroli orijentacije trupa ili položaja centra mase?" Eksperimentalno istraživanje mozga, vol. 114, br. 2, str. 384–389, 1997. Pogled na: stranica izdavača | Google naučnik
  49. G. Andreoni, C. Rigotti, G. Baroni, G. Ferrigno, N. A. Colford i A. Pedotti, „Kvantitativna analiza neutralnog držanja tijela u produženoj mikrogravitaciji“, Hod & držanje, vol. 12, br. 3, str. 235–242, 2000. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  50. S. M. Gatesy i A. A. Biewener, "Bipedalno kretanje: efekti brzine, veličine i držanja udova kod ptica i ljudi", Zoološki časopis, vol. 224, br. 1, str. 127–147, 1991. Pogled na: Google Scholar
  51. J. Rubenson, D. B. Heliams, D. G. Lloyd i P. A. Fournier, “Odabir hoda u noja: mehaničke i metaboličke karakteristike hodanja i trčanja sa i bez zračne faze,” Zbornik radova Kraljevskog društva B: Biološke nauke, vol. 271, br. 1543, str. 1091–1099, 2004. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  52. L. Ren i J. R. Hutchinson, “Trodimenzionalna lokomotorna dinamika Afrike (Loxodonta africana) i azijski (Elephas maximus) slonovi otkrivaju gladak prijelaz hoda umjerenom brzinom, ” Journal of the Royal Society Interface, vol. 5, br. 19, str. 195–211, 2008. Pogled na: Stranica izdavača | Google naučnik
  53. A. E. Minetti, Y. P. Ivanenko, G. Cappellini, N. Dominici i F. Lacquaniti, „Ljudi koji trče na mjestu na vodi pri simuliranoj smanjenoj gravitaciji“, PLOS ONE, vol. 7, br. 7, ID članka e37300, 2012. Pogledaj na: Stranica izdavača | Google naučnik
  54. M. Srinivasan i A. Ruina, “Kompjuterska optimizacija minimalnog dvonožnog modela otkriva hodanje i trčanje,” Priroda, vol. 439, br. 7072, str. 72–75, 2006. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  55. J. McIntyre, M. Zago, A. Berthoz i F. Lacquaniti, “Da li mozak modelira Newtonove zakone?” Neuroznanost prirode, vol. 4, br. 7, str. 693–694, 2001. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  56. G. Cl ément, V. S. Gurfinkel, F. Lestienne, M. I. Lipshits i K. E. Popov, „Prilagođavanje posturalne kontrole bestežinskom stanju“, Eksperimentalno istraživanje mozga, vol. 57, br. 1, str. 61–72, 1984. Pogled na: stranica izdavača | Google naučnik
  57. Y. P. Ivanenko, W. G. Wright, R. J. St George i V. S. Gurfinkel, „Orijentacija prtljažnika, stabilnost i četveronožac“, Granice u neurologiji, vol. 4, članak 20., 2013. Pogledajte na: Web stranica izdavača | Google naučnik
  58. C. Papaxanthis, T. Pozzo, K. E. Popov i J. McIntyre, „Trake puta vertikalnih kretnji ruke u okruženjima sa jednim G i nultom G. Dokaz za centralni prikaz gravitacijske sile, ” Eksperimentalno istraživanje mozga, vol. 120, br. 4, str. 496–502, 1998. Pogled na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  59. P. Crenna, D. M. Cuong i Y. Brénière, "Motorički programi za prestanak hoda kod ljudi: organizacija i adaptacija zavisna od brzine", Journal of Physiology, vol. 537, br. 3, str. 1059–1072, 2001. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  60. B. J. McFadyen i H. Carnahan, "Predviđanja lokomotornih prilagodbi za prilagođavanje nasuprot izbjegavanju promjena nivoa kod ljudi", Eksperimentalno istraživanje mozga, vol. 114, br. 3, str. 500–506, 1997. Pogled na: stranica izdavača | Google naučnik
  61. J. W. Glasheen i T. A. McMahon, “Ovisnost o veličini vode u gušterima baziliska (Basiliscus basiliscus),” Journal of Experimental Biology, vol. 199, br. 12, str. 2611–2618, 1996. Pogledati na: Google Scholar
  62. V. A. Selionov, Y. P. Ivanenko, I. A. Solopova i V. S. Gurfinkel, “Tonički centralni i senzorni stimulansi olakšavaju nehotično iskoračenje u zrak kod ljudi,” Journal of Neurophysiology, vol. 101, br. 6, str. 2847–2858, 2009. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  63. F. Sylos-Labini, Y. P. Ivanenko, M. J. Maclellan, G. Cappellini, R. E. Poppele i F. Lacquaniti, "Pokreti nogu slični lokomotorima izazvani ritmičkim pokretima ruku kod ljudi", PloS ONE, vol. 9, br. 3, ID članka e90775, 2014. Pogledajte na: Web mjesto izdavača | Google naučnik
  64. P. Sale, M. Franceschini, A. Waldner i S. Hesse, “Upotreba terapije hoda uz pomoć robota u rehabilitaciji pacijenata sa moždanim udarom i ozljedom kičmene moždine,” European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine, vol. 48, br. 1, str. 111–121, 2012. Pogledajte na: Google Scholar
  65. P. A. Guertin, „Pretklinički dokazi koji podržavaju klinički razvoj terapija koje moduliraju centralne uzorke za hronične pacijente s ozljedom kičmene moždine“, 2014. Pogledajte na: Google Scholar
  66. Y. Gerasimenko, P. Musienko, I. Bogacheva i dr., "Propriospinalna premosnica serotonergičkog sistema koja može olakšati iskorake", Journal of Neuroscience, vol. 29, br. 17, str. 5681–5689, 2009. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  67. V. A. Selionov, I. A. Solopova, D. S. Žvanski i dr., „Nedostatak dobrovoljnih koračnih odgovora kod Parkinsonove bolesti“, Neuroznanost, vol. 235, str. 96–108, 2013. Pogledajte na: Izdavačka stranica | Google naučnik
  68. C. A. Angeli, V. R. Edgerton, Y. P. Gerasimenko i S. J. Harkema, "Promjena ekscitabilnosti leđne moždine omogućuje dobrovoljne pokrete nakon kronične potpune paralize kod ljudi," Mozak, 2014. Pogledaj na: Stranica izdavača | Google naučnik
  69. D. Borton, M. Bonizzato, J. Beauparlant i sur., "Kortikospinalne neuroproteze za obnavljanje kretanja nakon ozljede leđne moždine", Neuroscience Research, vol. 78, str. 21–29, 2014. Pogled na: Google Scholar

Copyright

Autorska prava © 2014. Francesca Sylos-Labini et al. Ovo je članak s otvorenim pristupom distribuiran pod Licencom za dodjeljivanje autorskih prava Creative Commons, koji dopušta neograničenu upotrebu, distribuciju i reprodukciju na bilo kojem mediju, pod uvjetom da je izvorno djelo pravilno citirano.


Eksperimenti sa nultom gravitacijom

Istraživači sa Univerziteta Louisiana Tech ovog mjeseca će plutati visoko iznad Meksičkog zaljeva kako bi sproveli testiranje nulte gravitacije eksperimentalnog instrumenta za analizu DNK koji je razvijen u Tech-u koji bi mogao biti od koristi budućim NASA-inim astronautima.

Dr. Niel Crews, docent mašinstva, i Collin Tranter, diplomirani student Instituta za mikroproizvodnju (IfM) kažu da bi se instrument mogao koristiti za praćenje zdravlja astronauta izloženih kosmičkom zračenju izvan Zemljine zaštitne atmosfere.

"Naš cilj je razumjeti kako se sistem ponaša pod uslovima sličnim stvarnom raspoređivanju u svemirskim misijama", rekao je Crews. Uređaji koje je razvila Louisiana Tech korisni su za NASA-u jer su mali, troše manje energije i zahtijevaju malo ili nimalo ljudskog rada.

Istraživači iz Louisiana Tech -a izložiće se ekstremnim uslovima kako bi izvršili osjetljivo testiranje minijaturnog uređaja. NASA je koristila iste te letove za obuku svojih astronauta.

Instrument je privukao pažnju naučnika NASA-e zbog moguće upotrebe na Međunarodnoj svemirskoj stanici, tokom međuplanetarnih putovanja, pa čak i za misije bez posade u potrazi za životom u Sunčevom sistemu.

"Nadamo se da će u suradnji s NASA -om jedan od naših uređaja za analizu DNK biti poslan u orbitu za proučavanje učinaka svemirskog okruženja na živa bića, prvo proučavajući DNK, a zatim ćelije", rekao je Tranter. "Prvo se moraju izvršiti neka dalja testiranja, kao što je uvjeravanje da uređaj ispravno radi u uvjetima niske gravitacije. Ovo će biti urađeno na letu paraboličnog aviona, nadamo se prije kraja godine."

Testovi će se obaviti na NASA-inom avionu koji radi iz Ellington Fielda u svemirskom centru Johnson u Hjustonu. Plan leta sastojat će se od četrdeset strmih zarona i uspona iznad Meksičkog zaljeva. Kontrolirano ronjenje od gotovo 10.000 stopa u manje od jedne minute rezultirat će približno 20 sekundi bestežinskog stanja istraživača i korisnog tereta na brodu. Nagli uspon nazad na početnu visinu stvorit će gravitacijsku silu dvostruko veću od normalne.

Čak se i Hollywood uključio u akciju, koristeći ove letove kako bi prikazao bestežinsko stanje na platnu. Sve scene nulte gravitacije u filmu Apolo 13 snimljene su tokom ovih letova. Naizmjeničnost između sile nulte gravitacije i 2G sile može toliko dezorijentirati da NASA -ini astronauti nazivaju letjelicu "povraćenom kometom".

NASA je nedavno odabrala ovaj sistem za jednonedeljnu seriju letova u okviru svog programa Facilitated Access to the Space Environment for Technology (FAST), koji se fokusira na proširenje novih tehnologija koje će se koristiti u aplikacijama svemirskih letova.

Tranter traži doktorat. u Nanosystems Engineering na Louisiana Tech -u i nastavit će raditi s ekipom na projektu. Kaže da se nadaju da će vrlo brzo saznati može li njihov uređaj izdržati svemirsko okruženje.

"Mala gravitacija može uzrokovati razne vrste nepredvidivih problema", rekao je Tranter. "Nadam se da će naš sistem na kraju otkriti više o efektima zračenja svemira na DNK i ćelije, što će dovesti do mogućnosti za sigurno putovanje svemirom i istraživanje ljudi. Naša laboratorija je proučavala neke efekte zračenja na DNK, poput izlaganja UV zračenju, ali ništa o Zemlja se uspoređuje sa sredinama za koje se nadamo da ćemo ih proučavati izvan Zemljine atmosfere. "


Atrofija mišića i osteoporoza

Jedan od glavnih efekata bestežinskog stanja koji je dugoročniji je gubitak mišićne i koštane mase. U nedostatku gravitacije nema opterećenja mišića leđa i nogu, pa počinju slabjeti i smanjivati ​​se. U nekim mišićima degeneracija je brza i bez redovnog vježbanja astronauti mogu izgubiti do 20 posto mišićne mase u roku od 5-11 dana.

Zbog nedostatka mehaničkog pritiska na kost, koštana masa se gubi brzinom od jedan i pol posto u samo mjesec dana u okruženju bez gravitacije, u usporedbi s oko tri posto desetljeća u zdravoj osobi u normalnom okruženju. Gubitak mase uglavnom utječe na donje kralješke kralježnice, zglob kuka i bedrenu kost. Zbog brze promjene u gustoći, kosti mogu postati krhke i pokazivati ​​simptome slične onima kod osteoporoze.

Čak se i procesi destrukcije i izgradnje kostiju mijenjaju u svemiru. Na Zemlji se kosti redovno uništavaju i obnavljaju koristeći dobro izbalansiran sistem ćelija uništavača kostiju i ćelija za izgradnju kostiju. Kad god se neko koštano tkivo uništi, na njihovo mjesto dolaze novi slojevi, ta dva procesa su međusobno povezana. U svemiru se, međutim, primjećuje povećanje aktivnosti stanica razarača kostiju, zbog nedostatka gravitacije, a kosti se raspadaju na minerale koji se apsorbiraju u tijelo.

Istraživanja na miševima su pokazala da nakon 16 dana u nultom stanju gravitacije dolazi do povećanja broja ćelija razarača kostiju i smanjenja broja stanica koje izgrađuju kosti, kao i do smanjenja koncentracije faktora rasta poznatih po svojoj sposobnosti da pomoći u stvaranju nove kosti. Povećanje razine kalcija u krvi iz kosti koja se raspada uzrokuje opasnu kalcizaciju mekog tkiva i povećava mogućnost stvaranja kamenca u bubregu.

Astronauti pokazuju povećanje aktivnosti ćelija uništavača kostiju, posebno u području zdjelice, koje obično nosi najveći dio tereta u normalnim gravitacijskim uvjetima. Međutim, za razliku od pacijenata sa osteoporozom, astronauti koji su ostali u svemiru tri do četiri mjeseca, vraćaju normalnu gustinu kostiju nakon perioda od dvije do tri godine na Zemlji.


Elektromagnetno polje izaziva biološke efekte kod ljudi

Izloženost umjetnim radiofrekvencijskim elektromagnetskim poljima (EMF) značajno se povećala posljednjih decenija. Stoga postoji rastući naučni i društveni interes za njegov utjecaj na zdravlje, čak i pri izloženosti znatno ispod važećih standarda. Intenzitet elektromagnetnog zračenja u ljudskom okruženju je u porastu i trenutno dostiže astronomske nivoe kakve do sada na našoj planeti nije bilo. Najutjecajniji proces djelovanja EMF-a na žive organizme je njegovo direktno prodiranje u tkivo. Trenutno uspostavljeni standardi izloženosti EMF -ovima u Poljskoj i ostatku svijeta temelje se na toplinskom učinku. Dobro je poznato da slab EMF može izazvati sve vrste dramatičnih netermalnih efekata u telesnim ćelijama, tkivima i organima. Uočeni simptomi teško se mogu pripisati drugim faktorima okoline koji se istovremeno pojavljuju u ljudskom okruženju. Iako još uvijek traju rasprave o netermičkim učincima utjecaja EMF-a, 31. svibnja 2011.-Međunarodna agencija za istraživanje raka (IARC)-Agenda Svjetske zdravstvene organizacije (WHO) klasificirala je radio-elektromagnetska polja na kategorija 2B kao potencijalno kancerogen. Elektromagnetna polja mogu biti opasna ne samo zbog rizika od raka, već i zbog drugih zdravstvenih problema, uključujući elektromagnetnu preosjetljivost (EHS).Elektromagnetska preosjetljivost (EHS) je pojava koju karakterizira pojava simptoma nakon izlaganja ljudi elektromagnetnim poljima, koju generira EHS, karakterizirana je kao sindrom sa širokim spektrom nespecifičnih višeorganskih simptoma uključujući akutne i kronične upalne procese locirane uglavnom u koži i nervnom sistemu, kao i u respiratornom, kardiovaskularnom sistemu i mišićno -koštanom sistemu. WHO ne smatra EHS bolešću- definiranom na temelju medicinske dijagnoze i simptoma povezanih s bilo kojim poznatim sindromom. Simptomi mogu biti povezani s jednim izvorom EMF -a ili mogu biti izvedeni iz kombinacije mnogih izvora. Prijavljeni simptomi povezani s elektromagnetskim poljima karakterizirani su preklapajućim učinkom kod drugih osoba kod kojih su ti simptomi pokazali širok spektar kliničkih manifestacija, povezanih s izloženošću jednom ili više izvora EMF -a. Pojava elektromagnetske preosjetljivosti u obliku dermatološke bolesti povezana je s mastocitozom. Biopsije uzete iz kožnih lezija pacijenata s EHS -om ukazivale su na infiltraciju slojeva kože epidermisa mastocitima i njihovu degranulaciju, kao i na oslobađanje medijatora anafilaktičke reakcije poput histamina, kimaze i triptaze. U svijetu raste broj ljudi koji pate od EHS-a koji sebe opisuju kao ozbiljno disfunkcionalne, pokazujući višeorganske nespecifične simptome nakon izlaganja niskim dozama elektromagnetnog zračenja, često povezane s preosjetljivošću na mnoge kemijske agense (Multiple Chemical Sensitivity-MCS) i /ili druge netolerancije na okoliš (bolest osjetljiva na osjetljivost-SRI).


Pogledajte video: Naučna metoda i oblik zemlje (Decembar 2022).