Den långvariga rymdvistelsens fysiologiska
påverkan på den mänskliga kroppen
gällande muskelvolym, muskelstyrka och
bendensitet trots fysisk träning som
motåtgärd
En litteraturöversikt
Sandra Lindh
Johan Gustafsson
Fysioterapeut 2021Luleå tekniska universitet Institutionen för hälsovetenskap
Den långvariga rymdvistelsens fysiologiska påverkan på den
mänskliga kroppen gällande muskelvolym, muskelstyrka och
bendensitet trots fysisk träning som motåtgärd
- En litteraturöversikt
The physiological impact of prolonged space flight on the human
body regarding muscle volume, muscle strength and bone density
despite physical exercise as a countermeasure
- A literature review Johan Gustafsson Sandra Lindh Examensarbete i fysioterapi Kurs: S0090H Termin: HT20
Handledare: Universitetslektor Jenny Jäger Examinator: Universitetslektor Agneta Larsson
Tack!
Till vår handledare universitetslektor Jenny Jäger för stöd och vägledning under
skrivandeprocessen.
To infinity and beyond!
Abstrakt
Bakgrund: Som direkt följd av vistelse i mikrogravitation uppstår flertalet fysiologiska förändringar hos rymdfararna. Tidigare studier redovisar reducering av både muskelvolym, muskelstyrka och bendensitet och än idag finns ingen åtgärd som helt lyckats motverka dessa. Fysisk träning ses dock som ett högst relevant alternativ. Syfte: Syftet med studien var att kartlägga den långvariga rymdvistelsens fysiologiska påverkan på den mänskliga kroppen, med fysisk träning som åtgärd. Metod: En systematisk litteratursökning genomfördes i databaserna: Web of Science, PubMed och Scopus. MeSH-termer i kombination med fritextord användes vid sökningen. Vid kvalitetsbedömning användes “Fribergs
granskningsmall för kvantitativa studier”. Resultat: Totalt inkluderades 13 artiklar i denna litteraturöversikt. Åtta artiklar undersökte hur muskelvolymen förändrats. Av dessa fann sex studier en reducering av muskelvolymen i postural muskulatur. En studie som undersökt dorsal thorakal och cervikal muskulatur fann istället att den ökat. En annan studie som undersökt ventral bålmuskulatur kunde påvisa att även denna ökat. Fyra studier undersökte hur muskelstyrkan förändrats. Samtliga redovisar en reducering av muskelstyrka i nedre extremitet. För de tre studier som mätt muskelstyrka i övre extremitet/överkropp varierar resultatet då de både funnit ökningar och reduceringar. Totalt fyra studier undersökte hur bendensiteten förändrats. Gemensamt för dessa var att alla kunde redovisa en reducering av bendensiteten i nedre extremitet. En studie som undersökt bendensiteten i radius upptäckte dock en ökning. Konklusion:Denna litteraturöversikt indikerar på att nuvarande upplägg av fysisk träning som åtgärd vid långvarig vistelse i rymden ej är tillräcklig för att motverka de fysiologiska påfrestningar som sker på den mänskliga kroppen. Vidare forskning behövs. Nyckelord: bendensitet, fysioterapi, mikrogravitation, muskelstyrka, muskelvolym
Innehållsförteckning
1. Bakgrund ... 1
1.1 Definition av begrepp ... 2
1.2 Fysioterapeutens roll ... 4
1.3 Fysisk träning i samband med rymdfärd ... 4
1.4 Tillgänglig träningsutrustning på ISS ... 5
1.5 Utvärdering av utfallsmått ... 6 2. Syfte ... 7 2.1 Frågeställningar ... 7 3. Material ... 7 3.1 Studiedesign ... 7 3.2 Avgränsning av problemställning ... 7
3.3 Sökord och sökordskombinationer ... 8
3.4 Val av databaser ... 8
4. Metod ... 9
4.1 Artikelsökning och urvalsprocess ... 9
4.2 Kvalitetsbedömning ... 10 4.3 Etiska överväganden ... 11 5. Resultat ... 12 5.1 Muskelvolym ... 12 5.2 Muskelstyrka ... 12 5.3 Bendensitet ... 13 6. Diskussion ... 17 6.1 Metoddiskussion ... 17 6.2 Resultatdiskussion ... 19 7. Klinisk reflektion ... 23 8. Konklusion... 23 9. Referenslista ... 24 Bilagor ... 29
1. Bakgrund
Rymdåldern hade sin början år 1957 då satelliten Sputnik 1 sköts upp i rymden.
Uppskjutningen markerade starten på rymdkapplöpningen mellan Sovjetunionen och USA vilken sedan kulminerade i slutet av 1960-talet i samband med månlandningen (1). Mål för framtida rymdresor finns satta av en mängd aktörer, däribland NASA och SpaceX. Under 2030-talet siktar NASA mot att ha en människa på Mars (2), SpaceX planerar att hinna före (3). Andra aktörer arbetar aktivt med bland annat minimering av kostnader för rymdfärder (4) samt flera initiativ för att öka säkerheten i rymden (5). Tack vare en kombination av
traditionell forskarverksamhet, privata aktörers verksamhet och framgång inom teknologi sätts allt mer ambitiösa mål inom utforskning av rymden. Detta kommer inte bara leda till ökade krav på teknologin utan också på människan (6).
Fyrtio mil ovan jorden ligger International Space Station (ISS) vilket är det gemensamma forskningslaboratoriet och boendet för rymdfarare världen över. Ordet rymdfarare används som samlingsnamn för de personer som vistats i rymden. Beroende på vilket land rymdfararen utgått ifrån används dock olika ord. Rymdfarare från USA kallas för astronauter, rymdfarare från Ryssland kallas för kosmonauter medan rymdfarare från Kina benämns som taikonauter. ISS har, sedan år 2000, varit konstant bemannat av rymdfarare som dagligen bedrivit
forskning, i synnerhet om hur den mänskliga kroppen påverkas av långvarig vistelse i rymden. Till långvarig rymdvistelse räknas de vistelser som pågått i minst fyra månader. Sedan tidigt 2000-tal har runt 240 rymdfarare, i omgångar, arbetat och bott på rymdstationen. Rymdfararnas uppdragslängd har varierat, vissa har endast spenderat två veckor ombord medan andra befunnit sig på plats upp till ett år (7). Framtida uppdrag planeras dock pågå långt mycket längre än så. En tur och retur resa till Mars beräknas, i dagsläget, pågå i upp till tre år vilket gör arbetet kring att hitta åtgärder för att bibehålla rymdfararnas fysiska hälsa högst aktuellt (6).
Flertalet fysiologiska förändringar uppstår som en direkt följd av vistelse i mikrogravitation vilka sedan kan komma leda till allvarliga medicinska komplikationer vid återkomst till jorden. En viktig faktor som omedelbart tar vid är den kraniala förflyttning av kroppsvätskor som sker i samband med avlägsnandet av den belastning som läggs på muskulatur och skelett orsakad av gravitationen. Som ett resultat av denna process uppstår kontinuerliga förändringar i både det kardiovaskulära- och muskuloskeletala systemet. Efter rymdvistelse kan de
kardiovaskulära adaptionerna bland annat medföra en reducering av både hjärtminutvolym och träningskapacitet. Förändringar i det muskuloskeletala systemet, såsom reducering av bendensitet, muskelstyrka och muskelvolym samt ändring av hållningsmönster, bidrar alla till en avsevärt försämrad funktionsförmåga vid återkomst till jorden.Frånvaron av gravitation anses vara den underliggande faktorn till förändringarna och än idag finns ingen åtgärd som helt lyckats motverka dessa. Fysisk träning ses dock som ett högst relevant alternativ och utförs därför dagligen av rymdfarare ombord på ISS. Andra åtgärder som testats och använts genom historien är olika former av hjälpmedel, kosttillskott samt farmakologiska tillskott. Huvudsyftet med åtgärderna är att bibehålla eller återställa de kroppsliga system som
påverkas av mikrogravitationen. Detta är av vikt för att rymdfararna ska ha tillräcklig funktion att agera vid nödsituation, motstå de G-krafter som uppkommer i samband med resan tillbaka mot jorden samt kunna lämna rymdfarkosten självständigt vid återkomsten (6).
En reviewartikel från 2003 menar att postural muskulatur och viktbärande skelettdelar är de komponenter som drabbas hårdast vid vistelse i mikrogravitation (6). En tidigare studie rapporterar att muskelvolymen i lår och vad, hos rymdfararna, minskade med 6-8% efter endast åtta dagar i rymden (8) medan en annan studie redovisar en reducering med 5-15% efter 9-16 dagar i rymden (9). En minskad muskelvolym påverkar också muskelns styrka (10). Exempelvis har flertalet studier rapporterat om en reducerad muskelstyrka med 9-11% efter uppdrag som pågått under 5-17 dagar (8,9,11). Med andra ord kan det konstateras att negativa muskelförändringar i form av reducerad muskelvolym och styrka tar vid efter en, till synes, kort tid spenderad i rymden. Den minskade belastningen leder också till en reducering av bendensitet, studier har visat att bendensiteten reduceras tio gånger snabbare i rymden än vid den normala åldrandeprocessen på jorden (12). En studie redovisar att rymdfararnas
bendensitet, efter en sex månaders lång vistelse i rymden, minskat med 8-14% i calcaneus och lumbala kotkroppar (6). Bendensiteten beräknas i genomsnitt reduceras med 1-3% per månad spenderad i rymden (6).
1.1 Definition av begrepp
Fysisk träning definieras som planerad, strukturerad och upprepad fysisk aktivitet som utförs i syfte att förbättra både de fysiska och psykiska förutsättningarna som ligger till grund för ökad prestationsförmåga. Genom träning sker en fysiologisk adaption till de ökade kraven. Muskulaturen förbättras med avseende på vad som tränas, exempelvis kan träningen riktas in mot ökad snabbhet, statisk och dynamisk styrka eller uthållighet. Träningspassets frekvens,
varaktighet samt intensitet är tre viktiga faktorer för vilken effekt som fås ut av träningen, tillsammans med adekvat kosthållning. För att anses som fysiskt aktiv samt för bibehållande av hälsa måste ett minimum av 30 minuters måttlig fysisk aktivitet utföras dagligen.
Muskelatrofi definieras som att en muskels vävnad minskar eller helt förtvinar och kan bland annat uppkomma genom inaktivitet. Vid inaktivitet blir muskulaturen atrofisk inom bara ett par veckor. En atrofisk och försvagad muskel kan byggas upp och stärkas genom träning med belastning nära maximal kapacitet (10,13).
Muskelstyrka kan definieras som förmågan hos en enskild muskel, eller muskelgrupp, att utveckla maximal kraft vid kontraktion av muskelfibrerna. Kraften är beroende av antalet muskelfibrer som finns i muskeln samt vilken typ av muskelfibrer det är. Antalet muskelfibrer samt dess tjocklek definierar en muskels tvärsnittsarea (=muskelvolym). Muskelstyrka är även beroende av förkortningsgrad, hastighet samt de inre faktorerna trötthet och motivation. Muskelstyrka kan mätas genom koncentrisk kontraktion då muskeln förkortas, genom
excentrisk kontraktion då muskeln förlängs eller genom isometrisk kontraktion då muskeln bibehåller sin längd. Isokinetisk kontraktion innebär både koncentrisk och excentrisk
kontraktion (10,13). Postural muskulatur definieras som de muskler och muskelgrupper vars uppgift bland annat är att motverka tyngdkraftens verkan och på så sätt bidra till en upprätt kroppsställning. M. erector spinae, m. quadriceps samt m. triceps surae anses vara viktiga posturala muskler (13).
Skelettet består av ben som i sin tur består av benvävnad. Benvävnad är kroppens tyngsta vävnad med en densitet på 2 (g/cm3). Bendensitet kan definieras som ett mått på hur stor del
av benvävnaden som består av mineralmassa. Benvävnaden är levande och utgörs, precis som andra vävnader i kroppen, av celler. Dessa kallas för osteocyter. Benvävnad måste brytas ned för att kunna byggas upp och remodelleras igen, denna process pågår under hela livet då benvävnaden anpassar sin struktur och mineraliseringsgrad till rådande nivå av belastning. Förekomst av remodellering samt graden av mineralisering påverkas av mekaniska
belastningar. Endogena ämnen samt koncentration av D-vitamin, kalcium och fosfatjoner har också betydelse för remodelleringsprocessen. Vid låg bendensitet ökar risken att drabbas av frakturer samt utvecklandet av sjukdomen osteoporos. Den mest väsentliga åtgärden för att motverka låg bendensitet är en måttlig mängd fysisk aktivitet samt en allsidig kost tidigt i livet. Vissa delar av skelettet belastas normalt sett mer än andra, calcaneus, lumbala kotkroppar och tibia är exempel på sådana (10).
1.2 Fysioterapeutens roll
Generellt sett syftar det fysioterapeutiska arbetet till att främja hälsa samt förebygga ohälsa, arbetet syftar också till att bibehålla eller återvinna bästa möjliga funktionsförmåga,
rörelseförmåga samt delaktighet i samhället för individer som utsatts för skada eller sjukdom (14). Idag finns anställda fysioterapeuter på rymdorganisationer världen över vars uppdrag är att förbereda rymdfararna och dess kroppar inför kommande rymdvistelser, instruera och ordinera hur det bör träna för att underhålla sin fysik när de befinner sig i rymden samt också hjälpa till att rehabilitera deras kroppar efteråt (15).
Rymdorganisationen European Space Agency (ESA) har byggt upp ett multidisciplinärt team som tillsammans tagit fram ett program vars syfte är att förbereda astronauten inför avfärd, guida astronauten ombord på International Space Station (ISS) samt rehabilitera astronauten efter dess återkomst till jorden. Teamet består bl.a. av en fysioterapeut och en idrottsvetare med gemensamt ansvar över astronautens neuromuskuloskeletala hälsa. Innan rymdfärd träffar fysioterapeuten, tillsammans med idrottsvetaren, astronauten ca 10-20 gånger för att undervisa om de neuromuskuloskeletala förändringarna som kommer ske samt hur dessa ska hanteras. Dessa tillfällen är också avgörande för att skapa ett förhållande, byggt på förtroende, mellan astronauten och fysioterapeuten för att maximera följsamheten. En initial omfattande undersökning av astronautens fysik samt introducering av aktuell träningsutrustning befintlig på ISS genomförs också innan avresa. När astronauten väl befinner sig ombord på ISS finns, under träningen, möjlighet till kommunikation mellan fysioterapeuten och astronauten. Fysioterapeuten kan genom en monitor både se och prata med astronauten och på så vis ge feedback på hur övningarna utförs. När astronauten sedan återkommer till jorden är
fysioterapeutens roll att förhindra utvecklandet av kort- och långvariga smärtsamma tillstånd, hantera de fysiska hälsoproblem som uppkommit i samband med rymdfärden samt att återfå astronauten till samma fysiska nivå som före rymdvistelsen, utan att riskera skada eller smärta i samband med återanpassning av belastning (15).
1.3 Fysisk träning i samband med rymdfärd
Fysisk träning är en central faktor för rymdfarare både före, under och efter rymdvistelsen. Exempelvis följer astronauter, tillhörande ESA, ett standardiserat träningsupplägg med
individuella anpassningar i samband med rymdresa. Astronautens förberedande träning startar minst två år innan planerad avresa och har totalt fyra olika mål: Att vänja astronauten vid det träningsprogram som förväntas genomföras ombord på ISS. Att behandla eventuellt befintliga
neuromuskuloskeletala tillstånd. Att göra astronauten redo för rymden samt utföra andra relevanta förberedande åtgärder. Ombord på ISS förväntas astronauten träna ca två timmar per dag för att motverka de negativa effekter som uppkommer i samband med vistelse i viktlöshet. För träning av muskel- och kardiovaskulär uthållighet ombord används en cykelergometer eller ett löpband. För styrketräning samt belastning av skelett används Advanced Resistive Exercise Devise (ARED). Inom 24 timmar, efter återkomst till jorden, påbörjas rehabiliteringsprogrammet. Tillsammans med fysioterapeuten tränar astronauten för att åter nå samma fysiska status som före rymdvistelsen. Träningen innefattar bl.a. övningar för återställande av postural kontroll, muskelkontroll samt muskelbalans.
Motorinlärningsprinciper används för att normalisera muskelrekrytering. Övningar för att återfå hållning och alignment lämplig för vistelse i gravitation tränas också. Först när lämplig hållning är återuppnådd påbörjas styrketräning av muskulatur samt belastning av leder och skelett. Sammanfattningsvis är målet med rehabiliteringen att astronauten ska adaptera sig till de fysiska krav som ställs vid vistelse i gravitation (15).
1.4 Tillgänglig träningsutrustning på ISS
Då kroppen bygger upp muskulatur och skelettvävnad som svar på belastning uppstår det svårigheter att göra detta i mikrogravitet. Sedan ISS operativa början har alla deltagande organisationer aktivt arbeta med att ta fram träningsutrustning lämpad för en viktlös miljö vilket har resulterat i att följande träningsmöjligheter, i dagsläget, finns ombord på ISS (16): Sedan år 2009 har träningsmaskinen ARED funnits ombord på ISS. Dess syfte är, som tidigare nämnt, att ge besättningen möjlighet till att träna muskelstyrka samt stimulera skelettet. ARED kan liknas vid en Smith-maskin, då i princip samma övningar som går att utföra i en Smith-maskin går att utföra i ARED, exempelvis squats, hälresningar, marklyft och bicepscurls. Då det inte är möjligt att använda traditionella vikter för att frambringa motstånd används istället vakuum. ARED kan generera ett motstånd på 2,2-272 kg att träna med/mot. Cykelergometrarna CEVIS och VELO har funnits ombord ISS sedan år 2001, dock byttes den ursprungliga CEVIS mot en ny modell år 2006. Deras syfte är att ge besättningen möjlighet till kardiovaskulär träning. CEVIS kan ge en arbetsbelastning mellan 25-250 Watt och VELO kan ge en arbetsbelastning mellan 100-250 Watt. Löpbandet T2 Colbert Treadmill (T2) har funnits ombord sedan år 2009 och Treadmill BD 2 (BD 2) har funnits ombord sedan år 2013. För att kunna träna löpning i mikrogravitation förses individen med en väst som sedan spänns fast från midjan till vardera sida om löpbandet via gummiband. Löpbanden ger viktig
stimulering för både kardiovaskulärt och muskuloskeletalt system. Både T2 och BD 2 kan simulera löpning via motoriserat löpband upp till ca 20 km/h. Löpbanden kan även användas till träning utan motor då rymdfararna istället låts löpa passivt (16).
I och med det konstanta arbetet med att förbättra förutsättningarna för
besättningsmedlemmarna ombord på ISS har det funnits ett antal tidigare träningsmaskiner som i dagsläget är utdaterade. Interim Resistance Exercise Devise (iRED) fanns ombord år 2000-2009 för motståndsträning och är idag utbytt mot ARED. IRED kunde generera ett motstånd på 5-136 kg. Löpbandet TVIS fanns ombord mellan år 2000-2009 och är den äldre versionen av löpband som användes för kardiovaskulär träning. TVIS kunde simulera löpning via ett motoriserat band upp till 16 km/h (16).
1.5 Utvärdering av muskelvolym, muskelstyrka och bendensitet
Vid mätning av en muskels tvärsnittsarea (muskelvolym) finns flera tillvägagångssätt. Exempelvis kan ultraljud, datortomografi eller magnetresonanstomografi (MRI) användas. Alla tre mätmetoder har visat på god validitet och reliabilitet (17-19).Mätning av en individs maximala styrka avgörs ofta genom ett så kallat ett repetitions maxlyft (1RM). Individen genomför ett maxlyft av en styrkeövning som aktiverar de muskler vars maximala
muskelstyrka önskas undersökas. Det finns dock många faktorer som kan påverka resultatet, allt ifrån mängden sömn till dagsform och kost. Dessa kan dock relativt enkelt kontrolleras och kopieras från testtillfälle till testtillfälle och på så vis kan testet ge ett resultat med god reliabilitet och validitet (20,21). Bendensitet mäts vanligtvis via en procedur som kallas Dual energy X-ray Absorptiometry (DXA). DXA har både utmärkt validitet och reliabilitet (22). Sammanfattningsvis är metoder för att motverka muskelatrofi och reducerad bendensitet orsakade av mikrogravitation ytterst relevant för människans fortsatta tillvaro i rymden. Framtida ambitiösa satsningar, att sprida människans närvaro i solsystemet, kommer leda till allt längre resor. Längre resor som innebär avsevärt ökade krav på rymdfararna. Med denna litteraturöversikt hoppas författarna kunna ge en inblick inom ett växande forskningsområde inom fysioterapin.
2. Syfte
Syftet med denna litteraturöversikt var att kartlägga den långvariga rymdvistelsens fysiologiska påverkan på den mänskliga kroppen med fysisk träning som motåtgärd.
2.1 Frågeställningar
- Hur påverkas muskelvolym av vistelse i rymden med fysisk träning som motåtgärd? - Hur påverkas muskelstyrka av vistelse i rymden med fysisk träning som motåtgärd? - Hur påverkas bendensitet av vistelse i rymden med fysisk träning som motåtgärd?
3. Material
3.1 StudiedesignFör att besvara studiens syfte valdes en systematisk litteraturöversikt som studiedesign vilket ansågs som ett lämpligt tillvägagångssätt för att skapa en översikt av befintlig forskning inom ett givet område (23). En systematisk litteraturöversikt kan definieras som en studie där valet av texter görs systematiskt och där metoden för urvalet är fastställd. Det ska finnas en tydlig frågeställning, beskrivning av den använda sökstrategin samt redogörelse för vilka inklusions- och exklusionskriterier som använts vid valet av artiklar. En analys av de utvalda artiklarnas resultat ska också presenteras (24).
3.2 Avgränsning av problemställning
Vid genomförande av en systematisk litteratursökning rekommenderas en väl avgränsad och tydlig problemställning. Författarna valde därför, för detta ändamål, att använda
PICO-modellen, se tabell 1. PICO står för Population, Intervention, Comparison, Outcome. PICO är primärt avsedd för användning i systematiska litteraturöversikter där jämförelser mellan behandlingsinterventioner eller effekter av interventioner undersöks (25). Modellen möjliggör formulering av specifika frågor utifrån kliniska problem och har visats bidra med ökad
precision i sökresultaten jämfört med genomförande av litteratursökning utan styrning (26). Tabell 1. Avgränsning av problemställning enligt PICO-modellen.
Population Intervention Comparison Outcome
Rymdfarare Fysisk träning - Muskelvolym och/eller
3.3 Sökord och sökordskombinationer
Efter avgränsning av problemställning påbörjades arbetet med att ta fram väsentliga sökord och sökordskombinationer för att, vid en litteratursökning, finna artiklar relevanta för studiens syfte. Som hjälp vid val av sökord använde sig författarna av Medical Subject Headings (MeSH) vilket är en hierarkisk, ämnesindelad ordlista som används för indexering, katalogisering och sökning av biomedicinsk och hälsorelaterad information (27). Genom användning av sökord, så kallade ämnesord, kan mer precisa sökningar utföras samt bättre sökresultat uppnås (25). Författarna av denna studie diskuterade fram relevanta sökord utifrån studiens syfte och fann följande MeSH-termer: tyngdlöshet = Microgravity, rymdfärd = Spaceflights/Space flight, astronaut = Astronaut/Cosmonaut, träning = Exercise, muskel = Muscle, muskelstyrka = Muscle strength, ben = Bone, bentäthet = Bone mineral density. Utöver redovisade MeSH-termer användes fler sökord för att specificera sökningen ytterligare, se figur 1.
Vid konstruerandet av relevanta sökordskombinationer valde författarna att använda boolesk sökteknik vilket anses fördelaktigt för att finna ett bra litteratururval. Söktekniken användes för att markera hur de valda sökorden skulle kombineras. Det booleska systemet består av sök-operatorer där en av den mest vanliga och grundläggande operatorn är AND vilken författarna också involverat i de slutgiltiga sökordskombinationerna. Operatorn AND används för att koppla samman två sökord, genom att placera operatorn mellan två sökord bildas en söksträng som styr databasen att söka på dokument innehållande de båda sökorden. Sök-operatorerna OR samt NOT användes också för att precisera sökningen ytterligare. Vidare har sökord, om lämpligt, trunkerats för att fånga upp alternativa ändelser (25).
3.4 Val av databaser
Artikelsökningen genomfördes i tre olika databaser: PubMed, Web of Science samt Scopus. PubMed är ett fulltextarkiv för biomedicinsk och biovetenskaplig tidskriftslitteratur.
Databasen innehåller över 20 miljoner artikelreferenser samt ett urval fulltextartiklar från fler än 5 000 biomedicinska tidskrifter (28). Databasen var för författarna relevant att genomföra litteratursökningar i då studiens syfte och frågeställningar behandlar samma ämnesområde. PubMed är en internationell databas som tillhandahåller artiklar från år 1950 (28), vilket författarna ansågs vara av vikt då stor del av rymdforskningen genomfördes under 1960-talet i samband med rymdkapplöpningen mellan USA och Sovjetunionen (1). Sökspråket är
databaser och behandlar ca 10 000 ledande tidskrifter inom bland annat områdena vetenskap, teknik och samhällsvetenskap (29) vilket anses fördelaktigt för denna studie. Precis som PubMed tillhandahåller Web of Science artiklar från 1950-talet och framåt samt har engelska som sökspråk (29). Då stor del av forskningen publiceras på engelska (25) ansåg författarna det ej lämpligt att söka i svenska databaser. Den tredje databasen där författarna genomförde en litteratursökning var Scopus. Scopus beskrivs som en multidisciplinär databas med en omfattande översikt över världens forskningsresultat inom bland annat områdena vetenskap, teknik och medicin (30).
4. Metod
4.1 Artikelsökning och urvalsprocess
Artikelsökningen pågick under november månad år 2020. Sökningarna i de olika databaserna genomfördes i fritext samt med användning av databasernas avgränsningsfunktioner för att underlätta urvalet och sortera bort irrelevanta dokument (25).
Efter genomförda litteratursökningar, med användandet av valda limitationer, fortsatte urvalsprocessen för att hitta de texter som motsvarade behovet. Vid ett första steg i denna process granskades artiklarnas titlar. Genom noggrann titel-granskning kunde författarna redan i detta steg sortera bort flertalet artiklar som ej behandlade studiens syfte. I nästa steg lästes abstrakten till de artiklar vars titel var av relevans. Artiklar med abstrakt som
behandlade området av intresse lästes sedan i fulltext. Om artikeln fortfarande ansågs relevant för studiens syfte samt uppfyllde valda kriterier (se tabell 2) inkluderades de sedan i studien (25). Totalt inkluderades 13 artiklar i denna litteraturöversikt, en redovisning av
artikelsökning och urvalsprocess presenteras i figur 1. Tabell 2. Kriterium för studien.
Inklusionskriterier Exklusionskriterier
- Engelsk text - Peer-review
- Utfallsmått som behandlar muskelvolym och/eller muskelstyrka och/eller bendensitet - Långvarig rymdvistelse
- Studier som ej behandlar fysisk träning - Studier utförda på djur
- Meta-analyser/Review-artiklar/ Litteraturöversikter
Figur 1. Artikelsökning och urvalsprocess 4.2 Kvalitetsbedömning
Då författarna valt att genomföra en litteraturöversikt, i betydelsen kartläggning, på kandidatnivå valdes “Fribergs granskningsmall för kvantitativa studier” (se bilaga 1) som mall vid bedömning av studiernas kvalitet. Mallen ger en tydlig struktur där granskning sker utifrån forskningsprocessens alla steg, exempelvis är det inte bara artikelns resultat som är av värde utan också hur, bland annat, resultatet framkommit (25). En annan bidragande faktor till
att valet föll på just denna granskningsmall är bristen på möjligheten att i dagsläget utföra RCT-studier i rymden. I en RCT-studie väljs deltagarna slumpmässigt ut för att sedan randomiseras till antingen en interventions- eller kontrollgrupp (25). Kvalitetsbedömningen påbörjades genom individuell läsning samt granskning, enligt mallen, av de olika artiklarna. Vidare genomförde författarna en gemensam granskning med tillhörande diskussion.
Artiklarnas kvalitet bedömdes sedan som antingen låg, medel eller hög beroende på hur de olika frågorna från mallen kunde, eller inte kunde, besvaras. Sammanfattningsvis höll alla inkluderade artiklar i denna litteraturöversikt hög kvalitet. Resultat från kvalitetsbedömningen för varje inkluderad artikel presenteras i tabell 3.
4.3 Etiska överväganden
Endast studier som är etiskt beprövade och godkända har inkluderats i studien, all data från dessa studier har analyserats och bearbetats på ett objektivt sätt. All forskning som avser människor måste idag genomgå en obligatorisk bedömning av en etikprövningsnämnd. Forskning godkänns endast om den kan utföras med respekt för människovärdet, med beaktning av mänskliga rättigheter och grundläggande friheter samt då människans välbefinnande går före samhällets och vetenskapens behov. Helsingforsdeklarationens riktlinjer om etisk forskning innehåller grundläggande principer såsom att individen alltid måste prioriteras före vetenskapen och samhällets intressen. Inhämtning av samtycke är en annan princip som krävs vid forskning som hanterar identifierbara data. Studiedeltagarens hälsa ska alltid prioriteras i första hand och ska ej utsättas för onödiga risker, med andra ord ska den förväntade vinsten av forskningen vara större än riskerna (31).
5. Resultat
Totalt inkluderades 13 artiklar, publicerade mellan år 2000 och 2020 i denna litteraturöversikt (32-44).Alla inkluderade studier har undersökt hur muskelvolym och/eller muskelstyrka och/eller bendensitet påverkats vid vistelse i mikrogravitation. Denna litteraturöversikt innefattar totalt sett 167 rymdfarare över 13 olika studier, den yngsta rymdfararen var 38 år och den äldsta 54 år. Totalt har deltagarna spenderat mellan 48 dagar-14,4 månader i rymden där fysisk träning använts som intervention i ett försök att motverka de negativa muskel- och skelett/benförändringar som sker. Alla inkluderade artiklar bedöms vara av hög kvalitet. För mer information se redovisning av resultat i tabell 3.
5.1 Muskelvolym
Totalt åtta studier i denna litteraturöversikt har undersökt hur muskelvolymen förändrats efter vistelse i mikrogravitation (32-39). Sex av dessa studier har undersökt hur postural
muskulatur påverkats och kunde alla redovisa en signifikant reducering av muskelvolymen (32-34,36,38,39). Tre studier fann att muskelvolymen för m. multifidus minskade (32-34). Två av dessa studier kunde även redovisa en signifikant reducering av muskelvolymen i både m. erector spinae samt m. quadratus lumborum (33,34). En studie fann att volymen av
vadmuskulaturen minskade (36) medan en annan studie redovisar en generell reducering av fettfri massa i nedre extremitet (37). Totalt två studier som undersökt förändringar i
muskelvolym kunde redovisa att den ökat (32,35). En av dessa studier fann en signifikant ökad muskelvolym i dorsal thorakal och cervikal muskulatur medan den andra studien kunde redovisa en avsevärd ökning av volymen i ventral bålmuskulatur (32).
5.2 Muskelstyrka
Totalt fyra studier undersökte muskelstyrka och kunde alla visa på en reducering, i olika grad, av muskelstyrkan i nedre extremiteter (37,39-41). Tre av studierna mätte styrka i övre
extremitet/överkroppen (37,39,40), två av dessa fann en signifikant reducering av
muskelstyrkan (39,40) medan en av dem fann en ökning av muskelstyrkan (37). Ytterligare fann en av studierna att styrkan i ventral bålmuskulatur ökat (40) medan en annan studie redovisar en reducering av isokinetisk muskelstyrka vid bålextension och flektion (41). De två studier som mätte isokinetisk muskelstyrka i knäextension och flektion fann en minskning av muskelstyrka för båda riktningarna (39,41). Den ena studien undersökte också muskelstyrkan i underarmsextension och flektion och fann att även den minskade (39).
Två studier mätte muskelstyrka via 1RM i bänkpress och benböj eller benpress (37,40). Den ena studien kunde redovisa en reducerad muskelstyrka i både bänkpress och benböj (40) medan den andra studien kunde redovisa en reducering av muskelstyrka i benpress samt en ökning av muskelstyrka vid test av 1RM i bänkpress (37).
5.3 Bendensitet
Totalt fyra studier, inkluderade i denna litteraturöversikt, har undersökt hur bendensiteten påverkats efter vistelse i rymden (37,42-44). Samtliga studier redovisar en reducering av bendensiteten i skelettdelar av, eller hela, nedre extremitet (37,42-44). Tre av
studiernaundersökte bendensitet för bäckenet och trochanter och kunde alla redovisa att den reducerats (37,42,43). Samma tre studier undersökte också hur bendensiteten i hela columna eller den lumbala delen av columna förändrats och fann att en signifikant reducering skett även där (37,42,43). En av studierna undersökte också bendensiteten i radius och fann att den ökat (44).
En studie undersökte hur bendensiteten förändrats hos två grupper som haft tillgång till olika träningsutrustning ombord på ISS. Gruppen som tränat i ARED uppvisade en avsevärt mindre reducering av bendensitet i jämförelse mot gruppen som tränat i iRED. Detta resultat kunde ses för alla de skelettdelar studien undersökte (42).
Tabell 3. Resultat av inkluderade artiklar. Författare,
år Population (n) Intervention Relevanta utfallsmått Signifikanta resultat (SD) Kvalitét
Hides J.A. et al., 2016 (32)
n=1
Astronauten tillbringade 6 månader ombord på ISS. Utgångsvärden togs innan avfärd. Slutvärden togs 1 dag efter återkomst.
Träningen fokuserade på kardiovaskulär- och motståndsträning (ARED).
Motståndsträningen pågick under ca 1 h/dag.
Tvärsnittsarea:
1. M. multifidus nivå L2-5. 2. M. obliquus internus abd. Tvärsnittsarea mättes med MRI.
1. L2-3 förblev oförändrad. L4 -1% L5 -29% 2. + ≈20% Hög Trappe S. et al., 2009 (36) n=9
Rymdfararna tillbringade 6 månader ombord på ISS. Utgångsvärden togs 37– 43 dagar innan annan avfärd. Slutvärden togs 17–21 dagar efter återkomst.
2–2,5 h träning/dag, 6 dagar/vecka. Upplägget bestod av ca 5 h aerobisk träning/vecka. Motståndsträning (iRED) utfördes ca 3–6 gånger/vecka.
1. Total tvärsnittsarea av m. gastrocnemius och m. soleus Tvärsnittsarea mättes med MRI.
1. -13% (± 2) Hög
Chang D.G. et al., 2016 (38)
n=6
Rymdfararna var ombord på ISS mellan 117–213 dagar vardera. Utgångsvärden togs i snitt 214 dagar innan avfärd. Slutvärden togs 1–2 dagar efter återkomst.
Ca 2,5 h träning/dag.
Träningen bestod av en kombination av aerobisk träning och motståndsträning (ARED).
1. Tvärsnittsarea paraspinal muskulatur i nivå L3-4.
Tvärsnittsarea mättes med MRI
1. -19% Hög
McNamara K.P. et al., 2019 (33)
n=16
Rymdfararna var ombord på ISS 4–6 månader vardera. Ursprungsvärden togs 30–60 dagar innan avfärd. Slutvärden togs 7–10 dagar efter återkomst.
Ca 2,5 h träning/dag.
Träningen bestod av en kombination av aerobisk träning och motståndsträning (iRED).
1. Total muskelvolym (cm3) av m. psoas
major, m. quadratus lumborum, m. erector spinae och m. multifidus i höjd med L2 segmentet.
2. Individuell muskelvolym (cm3) i
genomsnitt av m. quadratus lumborum, m. erector spinae och m. multifidus i höjd med L2 segmentet.
Muskelvolym mättes med datortomografi.
1. -15,3 cm3, eller 5,1%. 2. m. quadratus lumborum -9,5% m. erector spinae -5,3% m. multifidus -5,3% Hög McNamara K.P. et al., 2019 (35) n=6
Rymdfararna spenderade 150–182 dagar ombord på ISS vardera. Tid för utgångs- och slutvärden finns ej dokumenterat i artikeln.
Träningen bestod av en kombination av aerobisk träning och motståndsträning (ARED). Tvärsnittsarea: 1. M. semispinalis capitis 2. M. sternocleidomastoideus 3. M. trapezius 4. M. rhomboideus minor Tvärsnittsarea mättes med MRI.
1. +11,5% 2. +9% 3. +25,1% 4. +23,1%
Burkhart K. et al., 2019 (34)
n=17
Rymdfararna spenderade mellan 4–7 månader ombord på ISS vardera. Utgångsvärden togs 30–60 dagar innan avfärd. Slutvärden togs 7–10 dagar efter återkomst.
Deltagarna utförde regelbundet en kombination av aerobisk träning och motståndsträning (iRED).
Tvärsnittsarea: 1. M. erector spinae 2. M. multifidus
3. M. quadratus lumborum
Datortomografi användes vid mätning.
Tvärsnittsarea/månad: 1. -0,9% (± 1,3) 2. -1,1% (± 0,9) 3. -1,7% (± 2,2) Hög Gopalakrishnan R. et al., 2010 (39) n=4
Astronauterna var ombord på ISS 167– 196 dagar vardera. Ursprungsvärden togs 24–46 dagar innan avfärd och slutvärden togs 4–6 dagar efter återkomst.
Astronauterna tränade regelbundet en kombination av aerobisk träning och motståndsträning (iRED).
Muskelvolym och isokinetisk styrka i snitt/vecka:
1. Knäextensorer 2. Knäflexorer
3. Underarmsextensorer 4. Underarmsflexorer
Muskelvolym mättes med MRI. Isokinetisk styrka mättes med dynamometer.
Muskelvolym: Isokinetisk styrka: 1. -0,2% -0,34% 2. -0,24% -0,8% 3. -0,03% -0,25% 4. -0,01% -0,56% Hög Peterson N. et al., 2017 (40) n=1
Astronauten tillbringade 6 månader ombord ISS. Utgångsvärden togs 52 dagar innan avfärd. Slutvärden togs 6 dagar efter återkomst till jorden.
2 h träning/dag.
Totalt genomfördes 341 träningspass under 6 månader där 44% av passen var fokuserade på motståndsträning (ARED).
1. 1 RM benböj 2. 1 RM bänkpress
3. Uthållighet i ventral bålmuskulatur
1. -9%. 2. -8%. 3. +1%. Hög English K.L. et al., 2015 (41) n=37
Rymdfararna spenderade 6 månader ombord på ISS under totalt 25 olika expeditioner. Utgångsvärden togs 60 dagar innan avfärd. Slutvärden togs 5 dagar efter återkomst.
Rymdfararna har delats in i två grupper beroende på kön. ”Grupp män” och ”grupp kvinnor”.
Ca 2,5 h/dag, 4–6 dagar i veckan. Träningen bestod av en blandning av aerobisk träning och motståndsträning. Rymdfarare som deltagit under uppdrag 1–17 genomförde motståndträning i iRED, medan rymdfarare från uppdrag 18–25 använde ARED. Isokinetisk styrka: 1. Knäextension 180° 2. Knäflexion 180° 3. Bålextension 60° 4. Bålflexion 60°
Grupp män Grupp kvinnor 1. -7,4% -9,6% 2. -6,7% -15,1% 3. -5,1% -10% 4. -7,3% -10,6% Hög Smith S. et al., 2012 (42) n=13
Astronauterna tillbringade 48–215 dagar var på ISS mellan 2006 och 2009. Utgångsvärden togs 31–453 dagar innan avresa. Slutvärden togs 5–45 dagar efter slutfört uppdrag.
n=8 tränade med iRED (=grupp iRED). n=5 tränade med ARED (=grupp ARED).
2,5 h träning/dag.
Aerobisk träning var schemalagd 30 min/dag, 6 dagar/vecka. Aerobisk träning skedde i form av löpband/cykling. Motståndsträning var schemalagd 6 dagar/vecka och skedde i form av diverse övningar utförda i ARED och iRED.
Bendensitet: 1. Total bendensitet 2. Bäckenet
3. Vänster lårbenshals 4. Höger lårbenshals 5. Vänster trochanter major 6. Höger trochanter major 7. Lumbala regionen av columna vertrebrae. Bendensitet mättes med DXA.
Grupp iRED Grupp ARED 1. -3% (± 4) -1% (± 1) 2. -8% (± 3) -1% (± 1) 3. -8% (± 5) -3% (± 3) 4. -6% (± 3) -1% (± 2) 5. -8% (± 5) -2% (± 1) 6. -7% (± 3) -2% (± 3) 7. -4% (± 4) -0% (± 2) Hög
LeBlanc A. et al., 2000 (43)
n=18
Kosmonauterna tillbringade mellan 4– 14.4 månader var i rymden mellan åren 1990–1995. Utgångsvärden togs ca 30 dagar före avfärd. Slutvärden togs ca 30 dagar efter återkomst.
2 träningspass 1–1,5 h/dag under 3 dagar, sedan vila/lätt valfri träning den 4:de dagen. Cykeln upprepades under hela uppdragstiden.
Träningspassen bestod av diverse motståndövningar med gummiband samt löparband. Bendensitet: 1. Total bendensitet 2. Ryggrad 3. Nacke 4. Trochanter 5. Bäckenet 6. Arm 7. Ben
Bendensitet mättes med DXA.
1. -0,35% 2. -1,06% 3. -1,15% 4. -1,56% 5. -1,35% 6. -0,04% 7. -0,34% Hög Vico L. et al., 2010 (44) n=13
Kosmonauterna tillbringade 4–6 månader var ombord på ISS mellan åren 2007– 2013. Utgångsvärden togs 32–42 dagar innan avfärd. Slutvärden togs 4–6 dagar efter återkomst.
Deltagarna rekommenderades träna ca 2 h/dag, inklusive motståndsträning (ARED).
Mer data finns ej tillgänglig.
1. Total bendensitet tibia 2. Total bendensitet radius Bendensitet mättes med DXA.
1. -9 mg HA/cm3 2. +3 mg HA/cm3 Hög English K.L. et al., 2020 (37) n=26
Astronauterna tillbringade ca 6 månader ombord på ISS. Utgångsvärden togs 50 dagar innan avfärd och slutvärden togs 7–14 dagar efter återkomst.
Astronauterna har delats in i två grupper, Grupp 1 och grupp 2.
Grupp 1 (n=17) följde konventionellt träningsprogram; 2,5 h daglig träning 6 dagar/vecka med både aerobisk träning och motståndsträning (ARED). Grupp 2 (n=9) följde ett nytt program; SPRINT. Övningarna är lika, men programmets fokus ligger på mindre mängd träning men högre intensitet, samt annorlunda periodisering.
1. Bendensitet ländrygg (g cm-2)
2. Bendensitet bäckenet (g cm-2)
3. Bendensitet trochanter (g cm-2)
4. Bendensitet lårbenshals (g cm-2)
5. Fettfri massa nedre extremitet (kg) 6. Benpress 1RM (kg)
7. Bänkpress 1RM (kg)
Grupp 1
Innan avfärd: Vid återkomst: 1. 1,088 (± 0,024) 1,068 (± 0,024) 2. 1,289 (± 0,034) 1,247 (± 0,035) 3. 0,797 (± 0,023) 0,771 (± 0,023) 4. 0,860 (± 0,025) 0,846 (± 0,025) 5. 18,77 (± 0,68) 18,64 (± 0,68) 6. 304 (± 18) 299 (± 18) 7. 88 (± 6) 91 (± 6) Grupp 2 1. 1,067 (± 0,032) 1,053 (± 0,032) 2. 1,249 (± 0,047) 1,208 (± 0,047) 3. 0,786 (± 0,032) 0,774 (± 0,032) 4. 0,862 (± 0,034) 0,845 (± 0,034) 5. 18,37 (± 0,94) 18,28 (± 0,04) 6. 284 (± 22) 270 (± 22) 7. 79 (± 7) 82 (± 7) Hög SD = standard deviation.
6. Diskussion
6.1 MetoddiskussionVald studiedesign och metod kunde besvara syftet samt tillhörande frågeställningar. Genom ett noggrant utformat syfte med tydliggörande frågeställningar skapade författarna goda förutsättningar för genomförandet av en systematisk litteraturöversikt (23).
För att underlätta artikelsökningen valde författarna att använda sig av MeSH-termer vilket kan ses som en metodologisk styrka då dessa är indexerade, kategoriserade samt väletablerade inom den vetenskapliga forskningen (27). Dock kunde ej MeSH-termer för alla valda sökord finnas vilket resulterade i att MeSH-termer kombinerades med fritextord vid sökningarna. För att finna lämpliga fritextord genomfördes en initial sökning på ämnet (25) där författarna undersökte vilka sökord som användes i de olika artiklarna. Detta tillvägagångssätt resulterade bland annat i att fritextordet “muscle volume” valdes för det svenska ordet muskelvolym. Ytterligare fritextord lades sedan till såsom mice, animals, “bed-rest” etc. tillsammans med sök-operatorn NOT för att precisera sökningen ytterligare (25).
Som studenter vid Luleå tekniska universitet hade författarna möjlighet att bruka de tre olika elektroniska databaserna; Web of Science, PubMed samt Scopus. Genom att kombinera sökningar i de olika databaserna förbättrades möjligheterna att finna artiklar relevanta för studiens syfte (25). Förinställda limitationer användes i den mån det var möjligt i ett försök att sortera bort irrelevanta träffar (25). Nämnvärt är att författarna inte valde att använda sig av årtalsavgränsningar vid sökning i de olika databaserna då mycket forskning inom ämnet gjordes i samband med rymdkapplöpningen under 1960-talet. Valet att ej årtalsavgränsa sökningarna medför dock att tillgänglig träningsutrustning ombord på ISS har varierat (16). I studier med data från deltagare insamlad före år 2009 har motståndsträning genomförts i iRED medan deltagare i studier, vars data samlats in efter år 2009, haft möjlighet att genomföra motståndsträning i ARED vilket är viktigt att ha i åtanke vid analys av denna litteraturöversikts resultat.
En av de redovisade sökningarna i litteraturöversikten resulterade i 258 träffar vilket kan anses som många. Flertalet försök genomfördes med olika avgränsningar i form av
studiedesign samt både färre och fler sökord för att specificera sökningen, detta resulterade dock endast i för snäva sökningar där relevanta artiklar föll bort. Andra sökord kunde
säkerligen resulterat i ett annat utfall men författarna anser att inkluderade artiklar är alla adekvata för studiens syfte. En mättnad av sökresultaten uppnåddes tillslut vilket medförde att artikelsökningen avslutades (23).
Efter genomförd granskning kunde totalt 13 artiklar inkluderas i denna litteraturöversikt. Upprättandet av inklusions- och exklusionskriterier kan ses som en metodologisk styrka då dessa bidrog till att adekvata artiklar tillslut kunde inkluderas (25). För att granska studiernas kvalitet valde författarna att använda sig av “Fribergs granskningsmall för kvantitativa
studier” (25). Valet föll på denna mall då den är anpassad för litteraturöversikter, i betydelsen kartläggning, på kandidatnivå (25). Frågan vid punkt nummer 3 (se bilaga 1) valde dock författarna att stryka då den snarare berörde verksamhetsområdet omvårdnad än fysioterapi och därmed ej var relevant för denna studie. I ett första skede granskade två författare kritiskt och objektivt, var för sig, studierna efter huruvida de kunde besvara mallens frågor. Därefter genomfördes en gemensam kvalitetsgranskning. Följande tillvägagångssätt valdes i ett försök att utesluta subjektiva bedömningar (25). De inkluderade artiklarna i denna litteraturöversikt bedömdes alla vara av hög kvalitet vilket författarna anser vara en styrka. Nämnvärt är dock att granskningsmallen inte innehåller något poängsystem vilket försvårar den objektiva bedömningen gällande låg, medel eller hög kvalitet. Andra författare hade därför möjligtvis kunnat bedöma de inkluderade studiernas kvalitetsnivå annorlunda.
En studie, i denna litteraturöversikt, redovisar att deltagarna vistats ombord på ISS mellan 48– 215 dagar (42). Fyrtioåtta dagar är enligt definition inte en långvarig rymdvistelse dock redogör studien för en snittid för de båda interventionsgrupperna på 4,47 månader (±2,03) samt 5,33 månader (±2,06). Då snittiden som redovisas uppfyller inklusionskriterierna för denna litteraturöversikt valde författarna att inkludera studien.
Samtliga inkluderade studier har använt reliabla och valida mätinstrument (17-20) vilket författarna anser vara en styrka med denna litteraturöversikt. Studier som undersökt bendensitet har alla använt sig av DXA vilket underlättar vid sammanställning av resultat. Studier som undersökt muskelvolym har dock använt sig av tre olika tillvägagångssätt vilket istället kan försvåra vid sammanställning av resultat då det ej är möjligt att jämföra de olika undersökningsmetodernas resultat i förhållande till varandra. Detsamma gäller för
6.2 Resultatdiskussion
En faktor som kan haft inverkan på resultaten, från studier inkluderade i denna
litteraturöversikt, är när utgångs- och slutvärden är tagna. Då värden tagna närmare i tid före avfärd och efter landning minskar risken för att dessa skulle kunna ändras. Denna aspekt är särskilt relevant för värden gällande muskelstyrka och muskelvolym då dessa både kan öka och minska relativt snabbt, inte bara på grund av exponering för jordens gravitation utan också beroende på hur individens träningsschema ser ut (45). En tidigare studie visar att ett träningsuppehåll efter kontinuerlig periodisk styrketräning inte har någon större påverkan på muskelvolymen i upp till tre veckor (45). Det innebär att studier vars utgångsmått tagna tre veckor innan avfärd förmodligen inte minskat i muskelvolym utan snarare ökat om subjektet i fråga fortsatt träna. Den ökning som möjligtvis skett gällande muskelvolym och muskelstyrka efter tre veckor bör dock ej vara särskilt stor (46) men ändå tillräckligt märkbar för att
eventuellt påverka resultatet. Detta då den ökade muskelstyrkan eller muskelvolymen innan avfärd kan leda till att de reduceringar som sker i rymden underskattas till följd av ett för lågt utgångsvärde. Detsamma gäller för det omvända. Om muskelvolymen eller muskelstyrkan hinner minska innan avfärd kan detta leda till att eventuella reduceringar som sker i rymden istället överskattas. Samma princip kan också tillämpas då astronauter återvänder till jorden. Författarna anser det därför relevant att vid genomförandet av sådana studier utföra mätning av utgångs- och slutvärden så nära i tid som möjligt, i ett försök att eliminera denna
eventuella felkälla.
Precis som i normal gravitation finns det några faktorer som spelar in när det gäller att
producera optimala resultat under träning såsom kost, antal träningstimmar och sömn (47,48). För att tillgodose varje individs näringsbehov och samtidigt kunna planera logistiken gällande leverans av mat upp till rymden räknas varje astronauts individuella kostintag ut med hänsyn till rekommenderat dagsintag (RDI) (47). Utöver RDI ges också astronauterna möjligheten till snacks och andra godsaker (47). Kosten är dock inget som registrerats i de inkluderade
artiklarna i denna litteraturöversikt men kan eventuellt vara en faktor som bidrar till skillnader mellan resultat. En studie av Smith et al. från år 2012 visar på att stor del förlorad bendensitet går att förebygga med ett tillräckligt stort intag av kalorier och D-vitamin (42). Detta innebär att det finns viss evidens för att rymdfarare som vistas ombord på ISS, efter att studien av Smith et al. publicerats, kan ha erfarit en mindre förlust av bendensitet jämfört med rymdfarare som spenderat tid ombord på ISS innan studien publicerats.
I normala fall lever rymdfarare mycket inrutade liv. Åtta och en halv timme läggs åt sidan till sömn, fyra timmar till bestyr innan och efter sömn, tre timmar för måltider och två och en halv timme för fysisk träning. Även om det, i det planerade schemat, ser ut att finnas gott om tid (48) är det inte alltid säkert att den räcker till för att utföra dagens alla sysslor, precis som i det vardagliga livet. Följsamheten till det tänkta träningsschemat kan med andra ord variera, en faktor som författarna anser kan komma ha inverkan på resultatet. Tidigare forskning visar på att regelbunden träning och följsamhet till ett väl planerat schema är viktigt för att uppnå optimal effekt (49). Rymdorganisationerna arbetar idag aktivt för att främja relationen mellan fysioterapeut och rymdfarare. Då ett gott förhållande, byggt på förtroende, mellan dessa parter har visats vara betydande för följsamheten (15). Tid för återhämtning är en bidragande faktor för god träning och är även detta något som kan komma påverka resultatet
(50). Besättningsmedlemmarna utsätts dagligen för psykologiska påfrestningar i form av enorm mental stress (51) vilket sannolikt har inverkan på återhämtningen.
Ålder är en annan faktor som också har en inverkan på resultatet i förhållande till träningsdos. Allt eftersom individen blir äldre kommer hen svara sämre på styrketräning samt utveckla en ökad risk för osteoporos, dessa förändringar sker främst efter 40 års ålder (52). Deltagarna i de inkluderade artiklarna i denna litteraturöversikt var alla mellan 38-54 år gamla vilket innebär att en stor del av dem löpte en ökad risk för att utveckla osteoporos. Trots detta var det ingen deltagare som utvecklade sjukdomen till följd av vistelse i rymden. Författarna, av denna litteraturöversikt, anser dock att det hade varit intressant om en yngre individ deltagit i någon av studierna då denne anses ha bättre fysiologiska förutsättningar (52). Detta hade möjligtvis kunnat resultera i ett bättre resultat gällande förändringar av både bendensitet, muskelvolym och muskelstyrka.
En artikel, inkluderad i denna litteraturöversikt, jämförde potentiella skillnader i muskelstyrka mellan kvinnor och män (41). Enligt studien verkar kvinnor visa på en större förlust av
isokinetisk muskelstyrka i alla undersökta parametrar utom två. Studien påpekar dock att konfidensintervallen, som låg på 95%, överlappade på alla undersökta variabler. Detta tyder på att det inte existerar någon relevant differens mellan könen.
Tidigare studier har visat att viktbärande skelettdelar och postural muskulatur är de
komponenter, på den mänskliga kroppen, som drabbas hårdast av de negativa fysiologiska påfrestningarna som sker vid vistelse i rymden (6). Den tidigare evidensen överensstämmer
med resultatet från studier inkluderade i denna litteraturöversikt (32-34,36-44). En studie i denna litteraturöversikt fann en ökning av muskelvolymen i dorsal thorakal och cervikal muskulatur (35) vilket också stärker argumentet om att postural muskulatur påverkas hårdare. Ökningen tros bero på att denna muskulatur vanligtvis inte är särskilt hårt belastad vid vistelse på jorden (53). En annan anledning tros vara att dessa muskler dagligen, konstant under arbetet ombord på ISS, används då de tillsammans ansvarar för att utföra extension, flexion samt rotation av nacken (53). Av de fyra studier, inkluderade i denna litteraturöversikt, som undersökte bendensitet visade alla på en generell minskning av bendensiteten i de mer kaudala skelettdelarna (37, 42-44). En av dessa studier undersökte också bendensiteten i radius, som inte är viktbärande, och fann att denna ökade (44). Samma studie kunde även redovisa en reducering av bendensiteten i tibia (44). Denna differens mellan kraniala och kaudala skelettdelar gällande bendensitet kan antyda att det finns en skillnad i hur olika skelettdelar påverkas i mikrogravitation. Författarna vill dock påpeka att det endast är fyra artiklar, inkluderade i denna litteraturöversikt, med få relevanta utfallsmått som stödjer denna observation och anser därför att det ej går att dra en slutsats kring teorin. En reviewartikel från år 2020 har dock publicerats där en mer utförlig och exakt observation av teorin genomförts (54). Studien fann en ökning av bendensitet i kraniet, en neutral förändring i övre extremiteter och thorakala skelettdelar samt en reducering av bendensitet i lumbala skelettdelar, bäckenet och i nedre extremiteter. Studiens resultat stödjer på så vis resultaten från denna
litteraturöversikt.
Arbetet kring att effektivisera den fysiska träningen ombord på ISS pågår konstant (16). Detta har lett till att tillgänglig träningsutrustning samt träningsmöjligheter har varierat beroende på när rymdfararna spenderat sin tid ombord på ISS. Ett exempel på detta är den stora redovisade skillnad gällande reducering av bendensitet beroende på om rymdfararen tränat i iRED eller ARED (42). Träning i ARED leder till en mindre reducering av bendensitet i jämförelse med träning i iRED (42) vilket högst sannolikt beror på att ARED är en förbättrad och uppdaterad version av iRED (16). Träning i ARED, på jorden, har resulterat i likvärdiga resultat som vid träning med fria vikter (55) vilket tyder på att ARED kan ses som ett relevant alternativ för motståndsträning. Ytterligare sker en kontinuerlig utveckling och förbättring av
träningsprogrammen för att motverka degenerativa effekter av mikrogravitation. En studie som undersöker detta inkluderades i denna litteraturöversikt (37). Artikeln finner visserligen inga större differenser gällande resultat från den grupp som tränat enligt konventionellt träningsprogram jämfört med den grupp som tränat enligt ett högintensivt träningsprogram.
Det framhålls dock att det högintensiva träningsprogrammet är ett högst relevant alternativ till redan befintliga träningsprogram då detta tar mindre tid att utföra och skulle leda till mer tid över för andra väsentliga sysslor (37).
Då de inkluderade studierna i denna litteraturöversikt, ej tydligt redovisar interventionerna blir det problematiskt att dra några slutsatser om vilka nuvarande exakta träningsupplägg som är lämpligast för att motverka negativa muskel- och benförändringar. Författarna av denna litteraturöversikt anser att utifrån ett fysioterapeutiskt perspektiv skulle studier där
träningsuppläggen redovisats i detalj vara av värde för denna studie.
Smith et al. (42), English et al. (37) och LeBlanc et al. (43) är tre studier, inkluderade i denna litteraturöversikt, som funnit liknande slutsatser gällande reducering av bendensitet. Hur stor reduceringen av bendensitet som skett varierar dock mellan studierna (se tabell 3) men samtliga redovisar en minskning i både bäckenet, lårbenshalsen samt trochanter trots fysisk träning som motåtgärd. Dessa resultat överensstämmer även med tidigare studier (54). Smith et al. redovisar exempelvis en reducering av bendensiteten i trochanter på 3-13% medan LeBlanc et al. endast påvisar en minskning på 1,56%. Studier genomförda av Hides et al. (32), Chang et al. (38) samt McNamara et al. (33) visar på liknande observationer då de undersöker tvärsnittsarean av muskulatur kring segment i lumbalryggen. Hides et al. och McNamara et al. har studerat hur muskulatur kring segment L2 påverkats och redovisar olika resultat. Hides et al. finner ingen förändring i L2-segmentet medan McNamara et al. finner en reducerad tvärsnittsarea på 5,1%. Vid undersökning av muskulatur i nivå med L3-4 finner Hides et al. en reducering med 1% medan Chang et al. redovisar en reducering på 19%. I studier av Gopalakrishnan et al. (39) och English et al. (41) undersöks hur isokinetisk styrka i knäextension påverkats. De båda studierna redovisar en liknande trend med förlust av
muskelstyrka. Dock är det även här relativt stora differenser mellan resultaten.
Gopalakrishnan et al. finner en reducering på 0,34% procent för isokinetisk muskelstyrka i knäextensioner medan English et al. redovisar en minskning på 7,4% för män och 9,6% för kvinnor. Trots liknande trender studierna emellan gällande reducering av både muskelvolym, muskelstyrka och bendensitet i viktbärande skelettdelar och muskulatur finns stora variationer i de slutliga resultaten. Författarna av denna litteraturöversikt antar att ovan diskuterade faktorer bland annat ligger till grund för dessa skillnader och kan eventuellt vara en förklaring på varför en kontinuerlig förbättring från år till år ej går att se.
Det finns en mängd reviewartiklar (6,54,56–60) som beskriver, inte exakta, men liknande områden än det som beskrivs i denna litteraturöversikt. Reviewartiklarna görs med varierande djup och noggrannhet men alla berör människor som vistas i den relativt nya miljön, rymden. Denna litteraturöversikt tjänar som en överskådlig kartläggning ur ett fysioterapeutiskt perspektiv. Andra reviewartiklar behandlar en mer medicinskt detaljerad nivå vilket ej alltid är relevant för en fysioterapeut.
7. Klinisk reflektion
Fysioterapeuten spelar en avgörande roll gällande bibehållandet av rymdfarares hälsa och i förlängning fortsatt forskning och utforskning av rymden. Allt eftersom teknologin förbättras kommer ett större antal och längre rymdresor bli möjliga. Detta innebär att behovet av träning och rehabilitering i samband med rymdresor kommer öka då ett större antal människor
kommer resa till och vistas under längre perioder i rymden. Denna kartläggning bidrar med en insikt inom ett växande område i fysioterapin. Fysioterapeuter kommer behöva ökade
kunskaper om förebyggande tillvägagångssätt för att motverka de negativa påfrestningar som uppstår i samband med rymdresor.
8. Konklusion
Sammanfattningsvis finns det många faktorer som kan ha inverkan på de fysiologiska
påfrestningar som sker vid vistelse i mikrogravitation. Denna litteraturöversikt indikerar på att nuvarande upplägg av fysisk träning som motåtgärd vid långvarig vistelse i rymden ej är tillräcklig för att helt motverka reduceringar av varken muskelvolym, muskelstyrka eller bendensitet i viktbärande skelettdelar och postural muskulatur. Författarna av denna litteraturöversikt anser därför att mer forskning inom området behövs.
9. Referenslista
1. Nationalencyklopedin. Rymdåldern [Internet]. Hämtad 2020-11-12 från:
http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/rymdåldern
2. NASA. NASA’s journey to Mars. [Internet]. Hämtad 2020-11-12 från:
https://www.nasa.gov/content/nasas-journey-to-mars
3. SpaceX. Mars [Internet]. Hämtad 2020-11-12 från: https://www.spacex.com/mars
4. Blue Origin. Our Mission [Internet]. Hämtad 2020-11-13 från:
https://www.blueorigin.com/our-mission
5. ESA. Safety & Security: plans for the future [Internet]. Hämtad 2020-11-13 från:
https://www.esa.int/Safety_Security/Plans_for_the_future
6. Hawkey A. The importance of exercising in space. Interdiscip Sci Rev. 2003;28(2):130-138. doi:10.1179/030801803225010377
7. Rymdstyrelsen. 20 år med människor i omloppsbana [Internet]. Hämtad 2020-11-13 från: https://www.rymdstyrelsen.se/upptack-rymden/bemannad-i-20-ar/
8. LeBlanc A, Rowe R, Schneider V, Evans H, Hedrick T. Regional muscle loss after short duration spaceflight. Aviat Space Environ Med. 1995;66(12):1151-1154. 9. Akima H, Kawakami Y, Kubo K, et al. Effect of short-duration spaceflight on thigh
and leg muscle volume. Med Sci Sports Exerc. 2000;32(10):1743-1747. doi:10.1097/00005768-200010000-00013
10. Bojsen-Møller F. Rörelseapparatens anatomi. Stockholm: Liber; 2000.
11. Narici MV, Kayser B, Barattini P, Cerretelli P. Changes in electrically evoked skeletal muscle contractions during 17-day spaceflight and bed rest. Int J Sports Med. 1997;18 Suppl 4:S290-S292. doi:10.1055/s-2007-972729
12. David L. Space: a fountain of youth. Final Frontier; 1997.
13. Lennergren J., Westerblad H., Ulfendahl M., Lundeberg T. Fysiologi. Uppl. 6. Lund:
Studentlitteratur; 2017.
14. Broberg, C., & Tyni-Lenné, R. Sjukgymnastik som vetenskap och profession [Internet]. Stockholm: Legitimerade sjukgymnasters riksförbund; 2009 [uppdaterad 2009-12-04; citerad 2016-09-14]. Hämtad 2020-11-20 från:
https://www.fysioterapeuterna.se/Om-forbundet/nyheter/2017/2017/bestall-nya-skriften-fysioterapi---profession-och-vetenskap/
15. Lambrecht G, Petersen N, Weerts G, et al. The role of physiotherapy in the European Space Agency strategy for preparation and reconditioning of astronauts before and
after long duration space flight. Musculoskelet Sci Pract. 2017;27 Suppl 1:S15-S22. doi:10.1016/j.math.2016.10.009
16. Petersen N, Jaekel P, Rosenberger A, et al. Exercise in space: the European Space Agency approach to in-flight exercise countermeasures for long-duration missions on ISS. Extrem Physiol Med. 2016;5:9. doi:10.1186/s13728-016-0050-4
17. Palmer TB, Akehi K, Thiele RM, Smith DB, Thompson BJ. Reliability of panoramic
ultrasound imaging in simultaneously examining muscle size and quality of the hamstring muscles in young, healthy males and females. Ultrasound Med Biol. 2015;41(3):675-684.
18. Strandberg S, Wretling ML, Wredmark T, Shalabi A. Reliability of computed
tomography measurements in assessment of thigh muscle cross-sectional area and
attenuation. BMC Med Imaging. 2010;10:18. doi:10.1186/1471-2342-10-18 19. Lexell J, Holmbäck AM, Askaner K, et al. Assessment of contractile and
noncontractile components in human skeletal muscle by magnetic resonance imaging. Muscle and Nerve. 2002;25(2):251-258. doi:10.1002/mus.10031
20. Seo DI, Kim E, Fahs CA, et al. Reliability of the one-repetition maximum test based
on muscle group and gender. J Sports Sci Med. 2012;11(2):221-225.
21. LeSuer DA, McCormick JH, Mayhew JL, Wasserstein RL, Arnold MD. The accuracy of prediction equations for estimating 1-RM performance in the bench press, squat, and deadlift. J Strength Cond Res. 1997;11:211-13.
22. Carlson-Newberry SJ, Costello RB. Emerging Technologies for Nutrition Research:
Potential for Assessing Military Performance Capability. Washington DC: National Academies Press (US): 1997. doi:10.17226/5827.
23. Backman J. Rapporter och uppsatser. 3 uppl. Lund: Studentlitteratur; 2016. 24. Granskär M., Höglund-Nielsen B. Tillämpad kvalitativ forskning inom hälso- och
sjukvård. 2 uppl. Lund: Studentlitteratur; 2012.
25. Friberg F. Dags för uppsats. 3 uppl. Lund: Studentlitteratur; 2017.
26. Eriksen MB, Frandsen TF. The impact of patient, intervention, comparison, outcome
(PICO) as a search strategy tool on literature search quality: a systematic review. J
Med Libr Assoc. 2018;106(4):420-431. doi:10.5195/jmla.2018.345
27. U.S. National Library of Medicine. Medical Subject Headings [Internet]. Bethesda: National Library of Medicine; 2018. Hämtad 2020-11-12 från:
https://www.nlm.nih.gov/mesh/meshhome.html
29. Web of Science [Internet] Hämtad 2020-11-12 från:
https://clarivate.com/webofsciencegroup/solutions/web-of-science/
30. Scopus [Internet] Hämtad 2020-11-12 från:
https://www.scopus.com/standard/marketing.uri
31. Olsson H., Sörensen S. Forskningsprocessen. 3 uppl. Stockholm: Liber; 2011. 32. Hides JA, Lambrecht G, Stanton WR, Damann V. Changes in multifidus and
abdominal muscle size in response to microgravity: possible implications for low back pain research. Eur Spine J. 2016;25 Suppl 1:175-182. doi:10.1007/s00586-015-4311-5 33. McNamara KP, Greene KA, Moore AM, Lenchik L, Weaver AA. Lumbopelvic
Muscle Changes Following Long-Duration Spaceflight. Front Physiol. 2019;10:627. doi:10.3389/fphys.2019.00627
34. Burkhart K, Allaire B, Bouxsein ML. Negative Effects of Long-duration Spaceflight on Paraspinal Muscle Morphology. Spine. 2019;44(12):879-886.
doi:10.1097/BRS.0000000000002959
35. McNamara KP, Greene KA, Tooze JA, et al. Neck Muscle Changes Following Long-Duration Spaceflight. Front Physiol. 2019;10:1115. doi:10.3389/fphys.2019.01115 36. Trappe S, Costill D, Gallagher P, et al. Exercise in space: human skeletal muscle after
6 months aboard the International Space Station. J Appl Physiol. 2009;106(4):1159-1168. doi:10.1152/japplphysiol.91578.2008
37. English KL, Downs M, Goetchius E, et al. High intensity training during spaceflight: results from the NASA Sprint Study. NPJ Microgravity. 2020;6:21.
doi:10.1038/s41526-020-00111-x
38. Chang DG, Healey RM, Snyder AJ, et al. Lumbar Spine Paraspinal Muscle and Intervertebral Disc Height Changes in Astronauts After Long-Duration Spaceflight on the International Space Station. Spine. 2016;41(24):1917-1924.
doi:10.1097/BRS.0000000000001873
39. Gopalakrishnan R, Genc KO, Rice AJ, et al. Muscle volume, strength, endurance, and exercise loads during 6-month missions in space. Aviat Space Environ Med.
2010;81(2):91-102. doi:10.3357/asem.2583.2010
40. Petersen N, Lambrecht G, Scott J, Hirsch N, Stokes M, Mester J. Postflight
reconditioning for European Astronauts - A case report of recovery after six months in space. Musculoskelet Sci Pract. 2017;27 Suppl 1:S23-S31.
41. English KL, Lee SMC, Loehr JA, Ploutz-Snyder RJ, Ploutz-Snyder LL. Isokinetic Strength Changes Following Long-Duration Spaceflight on the ISS. Aerosp Med Hum Perform. 2015;86(12 Suppl):A68-A77. doi:10.3357/AMHP.EC09.2015
42. Smith SM, Heer MA, Shackelford LC, Sibonga JD, Ploutz-Snyder L, Zwart SR. Benefits for bone from resistance exercise and nutrition in long-duration spaceflight: Evidence from biochemistry and densitometry. J Bone Miner Res. 2012;27(9):1896-1906. doi:10.1002/jbmr.1647
43. LeBlanc A, Schneider V, Shackelford L, et al. Bone mineral and lean tissue loss after long duration space flight. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2000;1(2):157-160. 44. Vico L, van Rietbergen B, Vilayphiou N, et al. Cortical and Trabecular Bone
Microstructure Did Not Recover at Weight-Bearing Skeletal Sites and Progressively Deteriorated at Non-Weight-Bearing Sites During the Year Following International Space Station Missions. J Bone Miner Res. 2017;32(10):2010-2021.
doi:10.1002/jbmr.3188
45. Ogasawara R, Yasuda T, Ishii N, Abe T. Comparison of muscle hypertrophy
following 6-month of continuous and periodic strength training. Eur J Appl Physiol. 2013;113(4):975-985. doi:10.1007/s00421-012-2511-9
46. Rosenberger A, Beijer Å, Johannes B, et al. Changes in muscle cross-sectional area, muscle force, and jump performance during 6 weeks of progressive whole-body vibration combined with progressive, high intensity resistance training. J
Musculoskelet Neuronal Interact. 2017;17(2):38-49.
47. NASA. Food for Spaceflight [Internet]. Hämtad 2020-12-04 från:
https://spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/factsheets/food.html
48. NASA. The international space station Operating An Outpost in the New Frontier [Internet]. Houston, Texas: NASA; 2018. [Citerad 4 december 2020]. Tillgänglig via:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/iss-operating_an_outpost-tagged.pdf
49. Thomeé R, Augustsson J, Wernbom M, Augustsson, Karlsson J. Styrketräning för idrott, motion och rehabilitering. Uppl. 2, Stockholm: SISU idrottsböcker; 2008. 50. Carraro F, Stuart CA, Hartl WH, Rosenblatt J, Wolfe RR. Effect of exercise and
recovery on muscle protein synthesis in human subjects. Am J Physiol. 1990;259:470-476. doi:10.1152/ajpendo.1990.259.4.E470
51. NASA. Psychology of Space Exploration Contemporary Research in Historical Perspective [Internet]. Washington, DC: NASA; 2011. [Citerad 4 december 2020].
