Tarihte ilk kez bir Türk vatandaşının uzaya çıkmasının, ISS bünyesinde çeşitli bilimsel araştırmalar yürütmesinin haklı gururunu yaşıyoruz. Bu bağlamda astronotların uzay yolculuğu sürecinde yaşadığı çeşitli fiziksel değişiklikler ve bunlara hazırlık süreçleri, uzayda yapılan çalışmalar ve dönüş sonrası adaptasyon sürecindeki rehabilitasyon süreçlerini bu yazımızda ele aldık. Hepinize iyi okumalar. 

Uzay Uçuşu ve Mikro Yerçekimi Ortamında İnsan Vücudunda Meydana Gelen Değişiklikler


Astronotlarda uzay uçuşu, mikro yerçekimi, uzay radyasyonu, izolasyon gibi uzay ortamıyla ilişkili stres faktörleri sebebiyle çeşitli fizyolojik değişiklikler görülmektedir. Mikro yerçekimi astronotlar için ana risk faktörüdür çünkü uzay ortamı insan vücut sıvılarının bacak ve karın bölgesinden, kalp ve başa doğru dağılımını tetiklemektedir. Bu etkiler arasında sıklıkla hareket hastalığı, kemik ve kas kütlesi kaybı, kardiyovasküler kondisyon kaybı ve nöro-oküler sendromu yer alır.
İnsan vücudunun, özellikle de nöro-muskuloskeletal sistemin gereksinimleri uzay ortamında Dünya'dakinden çok farklıdır.
Dünya üzerindeki bir insanda normalde yerçekimi hattı optimum yük transferini sağlamak için L3 omur gövdesinin ventral kısmından geçmektedir. Mikro yerçekiminde, kas-iskelet sistemi adaptasyonları bu ortama uyum sağlamaktadır ancak bunun kas fonksiyonu ve postür üzerinde önemli etkileri vardır.

Astronotların Kardiyovasküler ve Akciğer Sistemlerinde Uzay Ortamında Meydana Gelen Değişiklikler

Torako-sefalik bölgedeki kan ve sıvıların yukarı doğru kayması olur ve sıvının hücre dışı boşluktan hücre içi boşluğa kayması yüz şişmesine neden olur. Toplam kardiyak iş azalır. Astronot sürekli olarak mikro yerçekimine maruz kaldığında sol ventrikülün hacmi azalır. Manyetik rezonans görüntülemede mikro yerçekimine uzun süre maruz kalmanın sonucu olarak kardiyak atrofiye dair kanıtlar vardır. Yere dönerken ortostatik gerilimde azalma olduğu ve bunun yere dönerken postüral hipotansiyona neden olduğu bulunmuştur.
Mikro yerçekiminde ilk 3 gün boyunca, ayakta durma ve oturma sırasında karbon monoksit yayma kapasitesi artar ve 3 gün sonra başlangıç düzeyine, yani uçuş öncesi seviyelere döner. Mikro yerçekimine maruz kalma, maksimum egzersiz kapasitesinin azalmasına yol açar.

Astronotların Nörolojik Sistemlerinde Uzay Ortamında Meydana Gelen Değişiklikler

Nöro-vestibüler değişiklikler, astronotların yaklaşık yüzde 70'inde görülür. Bu etkiler, astronotların postüral yanılsamalar, baş dönmesi, vertigo, sakarlık, düz yolda yürümede zorluk, solgunluk, soğuk terleme, mide bulantısı ve kusmayı içeren belirtilerdir. Bu değişiklikler hem uzun hem de kısa uçuşlarda yaygındır. 

Astronotların Kas İskelet Sistemlerinde Uzay Ortamında Meydana Gelen Değişiklikler

• Mikro yerçekiminde kasların kullanılmaması ve yüklenmenin olmamasından kaynaklı  önemli ölçüde atrofi gelişmektedir.
• Mikro yerçekimine bağlı kas atrofisinin bu formu, hızlı gelişimi ve ciddiyeti açısından sorunludur çünkü kas kütlesi 2 haftalık bir uzay uçuşundan sonra %20' ye kadar veya daha uzun görevlerden (3-6 ay) sonra %30'a kadar azalır.
• Dünya'da tipik olarak kullanılan antigravite kasları; soleus, gastrocnemius, quadriceps ve sırt kasları vb. olmak üzere, yerçekimsiz ortamda artık kullanılmadıklarından kaynaklanan yüklenememe durumu ortaya çıkmaktadır. Bu değişiklikler beraberinde kas liflerinin boyutunda, aktif ve dinlenme kuvvetinde, kasılma hızında ve nöromüsküler bağlantıların işlevinde değişikliklere neden olarak kaslarda yorgunluk ve hızın azalması gibi önemli fiziksel değişimlere neden olmaktadır.
• Astronotlar mikro yerçekiminde ağırlıklı olarak fleksiyon pozisyonunda hareket etmektedirler ve buna bağlı olarak kütle merkezi posteriora doğru kaymakla birlikte ekstansör kas kaybı görülmektedir.
• Kasların lif tiplerinde tip 1’den tip 2 ye bir geçiş söz konusudur. Yerçekimi vektörüne göre yerçekimi yönünün nöral temsilini sağlamaya katkıda bulunan ve duyusal reseptörler olan gravikeptörler mikro yerçekiminde işlevini yerine getirememektedir. Bunun sonucunda, astronotlar kendi postürü hakkında daha az bilgi almakta ve dinamik reseptörlerden alınan geri bildirime güvenmek zorundadır.
• Uzun süreli mikro yerçekimi, kas gücü, endurans, kemikler, motor kontrol, koordinasyon ve denge üzerinde olumsuz etkileri vardır ve bu da astronotlardaki yaralanma riskini arttırmaktadır.
• Uzay uçuşları sırasında astronotlarda kemik kaybı hızlanmaktadır. Mikro yerçekimine maruz kalma sırasında kemik erimesi önemli ölçüde artar, kemik oluşumu ise değişmez veya azalır. Bu dengesizlik ayda % 1-1,5 oranında kemik kütlesi kaybına yol açar ve bu oranlar post menopozal dönemde yıllık olarak gözlenen kemik kaybı oranına benzerdir.
• Kemik kaybı üst ve alt ekstremite arasında farklılık gösterir, kemik dokusu üst ekstremitede, alt ekstremiteye kıyasla daha iyi korunmaktadır. Bunun sebebi olarak alt ekstremitenin ağırlık taşımasıdır.
• Kemik erimesi seviyesinin artması, kan dolaşımındaki kalsiyum ve diğer mineral seviyelerinin ve idrarla atılımının artmasıyla ilişkilidir ve böylelikle astronotların uzay uçuşu sırasında ve sonrasındaki dönemde böbrek taşı geliştirme riskini artıran bir süreç olarak bilinmektedir.
• Astronotlar uzay uçuşları sırasında ve sonrasında sıklıkla bel ağrısı yaşadıklarını bildirmişlerdir. Mikro yerçekiminde omurgadaki yükün azalması, artan hidrasyon ve basınç sonucu intervertebral disklerin şişmesine ve bunun da uçuş sırasında omurganın uzamasına ve disk hernisinin artmasına sebep olabildiği varsayılmıştır.
• Son yapılan çalışmalarda, lomber paraspinal kasların atrofisinin, intervertebral disk ve vertebral kemik değişimleri beraberinde, astronotlarda bel ağrısı ve disk herniasyonu oluşumunun longitudinal mekanizmalarını ve risk faktörlerini açıklamada önemli bir faktör olarak ortaya çıkmaktadır.

Astronotlarda Fizyoterapi ve Rehabilitasyon

• Uzay ajanslarında çalışan fizyoterapistler, nöromüsküloskeletal sisteme odaklanarak astronot sağlığından sorumlu multidisipliner ekipte kilit bir rol oynamaktadır.
• Multidisipliner ekibin tüm süreçlere dahil olduğu uzay uçusunda astronotlar üç fazlı bir rehabilitasyon sürecine tabiidir (uçuş öncesi faz, uçuş fazı, uçuş sonrası faz).

Uçuş öncesi faz

• Genellikle fırlatmadan bir ila iki yıl önce başlatılmaktadır.
• Fizik muayene, postür, motor kontrol ve fonksiyonel hareketin yanı sıra önceden var olan koşullara sahip eklemlerin/bölgelerin derinlemesine değerlendirilmesini içeren bir fazdır.
• Bu aşamada uygun olabilecek fizyoterapi modaliteleri arasında manuel terapi, motor kontrol eğitimi, uygun şekilde proprioseptif nöromüsküler kolaylaştırma (PNF) öğeleri, fasyal tedavi vb. sayılabilir.
• Koşu bandı, bisiklet ergometresi kullanımı ile kardiyovasküler fitness eğitimi başlatılır, su altında egzersizler, yatay yürüyüş, direnç eğitimi ve çeviklik eğitimleri de bu aşamada bir astronotun kondisyonunu artırmak için kullanılmaktadır.



Astronotlarda mikro yerçekimine uyum, yer seviyesindeki mikro yerçekimi simülasyonu ile sağlanmaktadır. Mikro yerçekimi ortamını uyaran beş temel strateji şunlardır:

1. 3 ila 12 derecelik baş aşağı eğimli yatakta baş aşağı dinlenme pozisyonu (Uzay uçuşunda gereken becerileri taklit etmek için karmaşık el-göz koordinasyonu görevleri ile)
2. 24 saate kadar su tankında sırtüstü yattıkları suya daldırma görevi,
3. Postural hipotansiyon üreten belden aşağısı felçli gibi tekerlekli sandalye hapsi,
4. Yatalak bir hastaya benzer şekeilde immobilizasyon ile yatak hapsi,
5. Kısa süreliğine yerçekimsiz ortamı elde etmek için kısa parabolik uçuşlar.

Tüm bu stratejilerdeki asıl amaç, mikro yerçekimi ve propriyosepsiyon eksikliği nedeniyle Uluslararası Uzay İstasyonu’nda gerçekleştirecekleri egzersiz çok farklı hissettirecek olsa da, hareket modellerini optimize edebilmek ve uygulamaktır.

Uçuş Fazı

• Uzay ortamında, mikro yerçekiminin nöro-kas-iskelet sistemi üzerindeki bilinen olumsuz etkilerini azaltmak için astronotların her gün 2 saat egzersiz eğitimi yapması gerekmektedir.
• Uluslarası Uzay İstasyonu’nda (ISS) temel olarak egzersizler üç egzersiz cihazı kullanılarak sağlanır: bisiklet ergometresi, koşu bandı ve direnç eğitim makinesi.
• Kas ve kardiyovasküler dayanıklılık için bir bisiklet ergometresi veya koşu bandı kullanılmaktadır.
• İskelet yapılarına yeterince yük verebilmek ve kuvvet antremanı yapabilmek amacıyla Gelişmiş Dirençli Egzersiz Cihazı (ARED) kullanılmaktadır. ARED cihazı 272 kg'a kadar olan yükleri desteklemektedir. Standart bir "çoklu spor salonu" cihazına benzer şekilde ARED, astronotların squat, dead-lift ve bench press dahil olmak üzere alt ve üst vücuttaki belirli kas gruplarını hedef alan 33 farklı egzersiz yapmasına olanak tanır.











Uçuş sonrası faz

• Yenilenme fazı da denilen bu aşamada amaç, postüral kontrolü, kas kontrolünü ve kas dengesini yeniden sağlamak, kas fonksiyonunu normalleştirmek için motor öğrenme ilkelerinin kullanımına dair stratejileri geliştirmek, postürü ve yerçekimi çizgisi ile hizalanmanın yeniden eğitimini sağlamaktır.
• Ek olarak, motor kontrol eğitiminin kuvvet eğitimi ve yüklemeden önce gelmesi, doğru postüral hizalamanın yeniden elde edilmesinden sonra kuvvet antrenmanına ve yüklenmeye başlanılması da önem arz etmektedir.

Dönüş + 1-2 gün

İlk muayene kas-iskelet sisteminin değerlendirilmesini içerir. Paraspinal, abdominal ve vastus medialis gibi büyük yerçekimine karşı kasların istemli izole kas kasılmasıyla başlanır. Program her zaman gövde kontrolü eğitimiyle başlamalıdır; burada kas kasılmasını araştırmak için ultrason görüntüleme kullanılabilir. Duruşu yeniden eğitirken, mikro yerçekiminde sagittal düzlem hareketleri baskın olduğundan, tüm düzlemlerdeki hareketleri eğitmek önemlidir.
Astronot mikro yerçekiminde görüşe büyük ölçüde güvendiğinden, eğitim gözler açık olarak başlar ve gözlerin kapalı olarak ilerletilmesi gerekir. Hareket modellerini ve propriyosepsiyonun yeniden sağlanması için motor kontrol stratejileri uygulanmalıdır.

Uzay Görevi Dönüşü Sonrası İlk Olarak: Postür, tonus ve mobilite detaylı değerlendirildikten sonra astronotların yoğun günlük programını etkileyecek muskuloskeletetal stres semptomlarının iyileştirilmesine yönelik motor kontrol egzersizleri, multifidus ve transversus abdominus izole kas kontraksiyonu sağlayacak egzersizlerin uygulanması ve beraberinde tüm stabilizatör kaslar için egzersiz çalışması.

Dönüş Sonrası 1. Gün: Havuz içi çalışmalar: Propriosepsiyon, hareket kontrolünü iyileştirmek adına suyun direnci kullanılarak yapılan ve daha güvenli olan su içi egzersizler; su içi koşu, top ile su içi mini oyunlar, su içi denge egzersizleri ve kardiyovasküler kapasite eğitimi için kürek çekme, bisiklet, koşma egzersizleri.

Dönüş sonrası 2. Günden itibaren: Postural ve hareket kontrolu gerektiren spor müsabakaları ve gündelik yaşama yönelik fonksiyonel eğitimler; Jimnastik, Pilates, Yoga, El-Göz koordinasyonu denge ve rotasyonel hareketler gerektiren top oyunları ve zorlu hareket kontrolü gerektiren ekipmanlı egzersizler.

Dönüş + 3-4 gün 

Motor kontrol ve postüral egzersizlerde ilerleme kaydedilebilir. TheraBand'lar kuvvet antrenmanı uygulamak için kullanılabilir. Oturmadan ayağa kalkma aktiviteleri gibi fonksiyonel antrenmanlar uygulanabilir. Dayanıklılık antrenmanı belirli bir pozisyonda tutularak yapılabilir.

Dönüş sonrası 5. günden itibaren ise atletik eğitime adaptasyonu destekleyecek, kemik kuvvetini ve kas hipertrofisini tetikleyecek yüklenici egzersizler; ağırlık taşıma, squat, dead-lift, hamle, dumbbell, kettlebell gibi yardımcı ekipmanlarla egzersizler uygulanmaktadır.


REFERANSLAR

1-Chaloulakou, S.; Poulia, K.A.; Karayiannis, D. Physiological Alterations in Relation to Space Flight: The Role of Nutrition. Nutrients 2022, 14, 4896. https:// doi.org/10.3390/nu14224896
2- Payne MW, Williams DR, Trudel G. Space flight rehabilitation. Am J Phys Med Rehabil. 2007 Jul;86(7):583-91. Review. PubMed PMID: 17167347.
3- Binder, Marc D. ED - Hirokawa, Nobutaka ED - Windhorst, Uwe PY - 2009 DA - 2009// TI - Graviceptors BT - Encyclopedia of Neuroscience SP - 1767 EP - 1767 PB - Springer Berlin Heidelberg CY - Berlin, Heidelberg SN - 978-3-540-29678-2 UR - http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-29678-2_2083 DO - 10.1007/978-3-540-29678- 2_2083 ID - ref1-
4- Stavnichuk, M.; Mikolajewicz, N.; Corlett, T.; Morris, M.; Komarova, S.V. A systematic review and meta-analysis of bone loss in space travelers. npj Microgravity 2020, 6, 13. [CrossRef]
5- Man, J.; Graham, T.; Squires-Donelly, G.; Laslett, A.L. The effects of microgravity on bone structure and function. npj Microgravity 2022, 8, 9. [CrossRef]
6- Gabel, L.; Liphardt, A.-M.; Hulme, A.P.; Heer, M.; Zwart, S.R.; Sibonga, J.D.; Smith, S.M.; Boyd, S.K. Pre-flight exercise and bone metabolism predict unloading-induced bone loss due to spaceflight. Br. J. Sports Med. 2022, 56, 196–203. [CrossRef] [PubMed]
7- Smith, S.M.; Heer, M.; Shackelford, L.C.; Sibonga, J.D.; Spatz, J.; Pietrzyk, R.A.; Hudson, E.K.; Zwart, S.R. Bone metabolism and renal stone risk during International Space Station missions. Bone 2015, 81, 712–720. [CrossRef]
8- Liakopoulos, V.; Leivaditis, K.; Eleftheriadis, T.; Dombros, N. The kidney in space. Int. Urol. Nephrol. 2012, 44, 1893–1901. [CrossRef] [PubMed]
9- Cannavo, A.; Carandina, A.; Corbi, G.; Tobaldini, E.; Montano, N.; Arosio, B. Are Skeletal Muscle Changes during Prolonged Space Flights Similar to Those Experienced by Frail and Sarcopenic Older Adults? Life 2022, 12, 2139. https:// doi.org/10.3390/life12122139
10-  Belavy, D. L. et al. Disc herniations in astronauts: What causes them, and what does it tell us about herniation on earth? Eur. Spine J. 25, 144–154 (2016).
11- Chang, D. G. et al. Lumbar Spine Paraspinal Muscle and Intervertebral Disc Height Changes in Astronauts After Long-Duration Spaceflight on the International Space Station. Spine (Philos. Pa 1976) 41, 1917–1924 (2016).
12- Lambrecht, G., Petersen, N., Weerts, G., Pruett, C., Evetts, S., Stokes, M., & Hides, J. (2017). The role of physiotherapy in the European Space Agency strategy for preparation and reconditioning of astronauts before and after long duration space flight. Musculoskeletal science & practice, 27 Suppl 1, S15–S22. https://doi.org/10.1016/j.math.2016.10.009
13-Master, H., Verma, C. V., Shetye, J., Surkar, S., Mehta, A., & Kale, S. R. (2013). Exercise Training for Astronauts. Indian Journal of Physiotherapy and Occupational Therapy.
14- Petersen, N., Lambrecht, G., Scott, J., Hirsch, N., Stokes, M., & Mester, J. (2017). Postflight reconditioning for European Astronauts - A case report of recovery after six months in space. Musculoskeletal science & practice, 27 Suppl 1, S23–S31. https://doi.org/10.1016/j.msksp.2016.12.010