Helen W. Lane

3 Direcția sănătății și performanței umane, NASA Lyndon B. Johnson Space Center, Houston, TX

cercetării

Charles Bourland

4 Retras de la NASA

Ann Barrett

5 Direcția de hrănire a luptei, S.U.A. Armata Natick Soldier Centrul de Cercetare, Dezvoltare și Inginerie, Natick, MA

Martina Heer

6 Profile, Neuss, Germania; și Departamentul de Științe Alimentare și Nutriționale, Universitatea din Bonn, Bonn, Germania

Scott M. Smith

3 Direcția sănătății și performanței umane, NASA Lyndon B. Johnson Space Center, Houston, TX

Abstract

Introducere

SUA. programele de zbor spațial uman au lansat alimente nutritive și sigure (1, 2) și au necesitat ca acesta să conțină substanțe nutritive care să faciliteze adaptarea fiziologică la greutate și adaptarea psihologică la medii extreme, precum și să acționeze ca o măsură de contracarare pentru ameliorarea efectelor negative ale zborului spațial.

Energie

Compoziția dietei de bază din Statele Unite (adică procentul de calorii din proteine, carbohidrați și grăsimi) este, în general, acceptabilă pentru zborul spațial. Meniul Stației Spațiale Internaționale (ISS) oferă aproximativ 50% din calorii sub formă de carbohidrați, 17% ca proteine ​​și 31% ca grăsimi (2). Cu toate acestea, din punct de vedere istoric, consumul de alimente și energie în timpul zborului a fost, în general, mai mic decât înainte de zbor (2), în ciuda datelor care indică faptul că cerințele de energie în zbor și de zbor sunt similare și că, cu exerciții intense, aceste cerințe sunt mai mari în timpul zborului decât înainte de zbor (1, 2). Previziunile Organizației Mondiale a Sănătății privind necesitățile energetice pentru indivizii moderat activi par să prezică cerințele din zbor și au fost astfel utilizate ca standard pentru planificarea meniului. Decalajul dintre consumul și cheltuielile de energie este lărgit și mai mult cu măsurile de exerciții prescrise.

Cheltuielile totale de energie ale astronauților navetei spațiale înainte și în timpul zborului spațial au fost determinate folosind tehnica de apă dublu etichetată, iar cheltuielile de energie în zbor s-au dovedit a fi similare cheltuielilor de zbor înainte sau, în unele cazuri, chiar mai mari, cel mai probabil ca urmare de exerciții fizice crescute (1, 2). Recent, pe ISS a fost inițiat un experiment sponsorizat de Agenția Spațială Europeană pentru studierea cheltuielilor de energie pe zboruri de lungă durată.

Proteine ​​și mușchi

Expunerea la microgravitație reduce masa și volumul muscular și performanța, în special la nivelul picioarelor, atât pe zborurile scurte, cât și pe cele lungi (2). În timpul zborului spațial de scurtă durată, studiile stabile privind rotația izotopilor au indicat faptul că rotația proteinelor din întregul corp a crescut, însoțită de creșteri ale sintezei proteinelor și creșteri chiar mai mari ale descompunerii proteinelor. În studiile efectuate cu astronauți americani care zboară pentru durate lungi (> 100 d) pe stația spațială rusă Mir, sinteza proteinelor a fost direct corelată cu aportul de energie din 6 din cei 7 astronauți studiați, sugerând că sinteza proteică redusă este legată de aportul inadecvat de energie (3).

Oase și mușchi

Un studiu recent, care utilizează exerciții rezistive grele ca măsură de combatere a pierderii osoase, a arătat pentru prima dată că este necesară furnizarea adecvată de energie, proteine ​​și vitamina D pentru a menține densitatea minerală osoasă după 6 luni de zbor spațial (4). Cu toate acestea, factorii dietetici pot juca în continuare un rol în optimizarea sănătății osoase. De exemplu, aportul ridicat de sodiu are efecte de resorbție osoasă în timpul inactivității, cum ar fi repaus la pat. Când un aport foarte mare de NaCl (550 mmol/zi) a fost consumat în timpul repausului la pat, creșterea markerilor de resorbție osoasă a fost dramatic mai mare decât ar fi fost din cauza imobilității (5). Acest efect poate fi indus de o acidoză metabolică de grad scăzut (5), care poate activa osteoclastele. Suplimentarea cu bicarbonat de potasiu atenuează parțial acest efect asupra resorbției osoase (6).

Raportul dintre proteinele alimentare și aportul de potasiu ar putea afecta, de asemenea, fluctuația osoasă. Proteinele animale au de obicei un conținut ridicat de aminoacizi care conțin sulf, iar animalele au un conținut mai scăzut de potasiu (și săruri de potasiu) decât plantele. Oxidarea aminoacizilor care conțin sulf poate duce la o acidoză metabolică de grad scăzut și la resorbția osoasă corespunzătoare. Această resorbție poate fi compensată prin scăderea raportului dintre proteinele animale și potasiu, în special spre sfârșitul unui studiu de repaus la pat (7).

Viziune

Un aspect important al zborului spațial prezentat recent îl constituie problemele legate de viziune observate la unii dintre astronauții zburați către ISS (8). Deși prezenta ipoteză este că aceste modificări sunt cel mai probabil induse de expunerea prelungită la efectele schimbărilor de lichid cefaladic, există dovezi că aceste modificări observate ar putea fi, de asemenea, legate de modificări ale folatului și vitaminei B-12 dependente de 1 carbon cale metabolică care implică homocisteină, cistationină, acid 2-metil citric și acid metil malonic (8). Înainte de zbor, astronauții care au suferit modificări ale vederii după aterizare aveau folat seric mai scăzut, precum și concentrații mult mai mari de homocisteină plasmatică, cistationină, acid 2-metil citric și acid metil malonic decât astronauții a căror viziune nu s-a modificat, sugerând o asociere între modificările vederii. și concentrații mai mari de intermediari în cale. Diferențele în această cale pot influența susceptibilitatea anatomică sau fiziologică la factorii de stres din mediul înconjurător, cum ar fi schimbările de lichide sau răspunsul la CO2 din cabină. Aceste studii au sugerat că polimorfismele din enzimele acestei căi pot interacționa cu microgravitatea pentru a provoca aceste modificări fiziopatologice și această posibilitate justifică un studiu suplimentar.

Dezvoltarea alimentelor spațiale

Dezvoltarea timpurie a alimentelor spațiale a început în S.U.A. Școala de Medicină Aerospațială a Forțelor Aeriene. Alimentele și cuburile deshidratate au fost dezvoltate împreună cu S.U.A. Laboratoarele Army Natick, care au dezvoltat specificații de formulare, prelucrare și ambalare. În zborurile Mercur și Gemeni, alimentele furnizate erau exclusiv alimente uscate, majoritatea produselor necesitând apă pentru rehidratare. Elementele de meniu au fost extinse pentru zborurile Apollo prin adăugarea de pungi termostabilizate, conserve de fructe și carne iradiată; pentru aceste misiuni au fost dezvoltate și alimente liofilizate comprimate reversibil. Punctul de control critic pentru analiza pericolelor, dezvoltat pentru zborul spațial, stabilește standarde de siguranță. Pachetul „lingură”, introdus în misiunile Apollo, a permis utilizarea ustensilelor obișnuite.

Skylab a fost prima stație spațială din Statele Unite, iar programul său a inclus primul studiu metabolic efectuat în spațiu. Calitatea alimentelor a fost considerabil îmbunătățită față de cea a misiunilor anterioare. Un congelator și frigider permiteau utilizarea alimentelor congelate și refrigerate. Ca urmare, aportul de nutrienți a fost aproape de 100%, mai bun decât în ​​toate misiunile anterioare și multe din cele ulterioare.

Celulele de combustibil ale navetei spațiale utilizate pentru a produce electricitate au furnizat o cantitate mare de apă ca produs secundar, care a fost utilizată pentru rehidratarea alimentelor și, astfel, a contribuit la conservarea greutății totale a alimentelor. Sistemul alimentar navetă a revenit la un tip Apollo cu o selecție crescută de alimente (1, 9), dar fără refrigerare.

Selecția meselor în misiunile de navetă timpurii a început cu un meniu fix pentru toți membrii echipajului și o cămară pentru înlocuiri și gustări. Astronauții își doreau abilitatea de a-și alege intrările la masa, mai degrabă decât cu 6 luni înainte de misiune. Mesele au fost depozitate fie prin masă (de exemplu, toate micul dejun împreună), fie de către un membru individual al echipajului (de exemplu, fiecare având propriul container); de asemenea, au fost incluse mesele termostabilizate gata de mâncare obținute din S.U.A. militar. Astăzi, mâncarea ISS este furnizată conform unui meniu planificat, dar este depozitată ca o cămară, astfel încât membrii echipajului să își poată alege mesele la ora mesei.

Alimentele preambalate ISS erau inițial bogate în sodiu (5300 mg/zi). Cu toate acestea, după cum sa menționat anterior, aportul ridicat de sodiu exacerbează pierderea osoasă și potențial exacerbează modificările vederii induse de presiunea intracraniană. NASA a reformulat 90 de alimente pentru a reduce aportul de sodiu la 3000 mg/zi.

O privire spre viitor include misiuni pe Marte. Cu tehnologiile actuale de propulsie, astfel de misiuni ar dura aproximativ 2,5 ani, incluzând un timp de tranzit de 6 luni de pe Pământ pe Marte, o misiune de suprafață pe Marte de 18 luni și un timp de tranzit de 6 luni pentru întoarcerea pe Pământ. Alimentele preambalate vor fi utilizate pentru porțiunile de tranzit din cauza lipsei de gravitație în timpul zborului, ceea ce complică producția și prelucrarea alimentelor. O combinație de alimente preambalate și câteva metode pentru cultivarea alimentelor pot fi utilizate în timpul unei ședere la suprafață. Prin urmare, sunt necesare multe cercetări pentru stabilirea standardelor nutriționale și a unui sistem alimentar sigur și plăcut (1, 2, 9).

Mulțumiri

Autorii îi mulțumesc lui Jane Krauhs pentru asistență editorială. Toți autorii au citit și au aprobat manuscrisul final.