Space Physiology and Technology: Musculoskeletal Adaptations, Countermeasures, and Opportunities for Wearable Systems

要約

宇宙は人間にとって重大な課題をもたらし、地球とは大きく異なる環境に応じた生理学的適応につながります。
宇宙での人間の生活をサポートするための効果的な対策を考案するには、これらの生理学的適応を包括的に理解する必要があります。
この物語的なレビューは、まず宇宙環境が筋骨格系に及ぼす影響に焦点を当てます。
それは、骨と筋肉の適応の間の複雑な相互作用と、それらが宇宙飛行士の健康に及ぼす影響に焦点を当てています。
抵抗運動や薬理学的介入などの現在の対策は進歩しているものの、依然として効果が部分的で、かさばり、資源を大量に消費するため、小型宇宙船での将来のミッションに課題をもたらしています。
このレビューでは、これらの制限を克服するための有望な代替手段として、ウェアラブル センシングとロボット技術を提案します。
センサー一体型スーツや（ソフト）外骨格などのウェアラブル システムは、リアルタイムのモニタリング、動的負荷、および個人のニーズに合わせた運動プロトコルを提供できます。
これらのシステムは軽量でモジュール式で、限られた環境でも動作できるため、長時間のミッションに最適です。
宇宙での応用に加えて、ウェアラブル技術は地上での利用にも大きな期待を寄せており、高齢者や筋骨格系疾患を持つ人々のリハビリテーションや支援をサポートし、健康なユーザーの身体パフォーマンスを向上させます。
これらの技術は、先進的な材料、センサーとアクチュエーター、インテリジェントでエネルギー効率の高い制御を統合することで、現在の対策のギャップを埋めると同時に、地球上でより幅広い用途を提供できます。

要約(オリジナル)

Space poses significant challenges for humans, leading to physiological adaptations in response to an environment vastly different from Earth. A comprehensive understanding of these physiological adaptations is needed to devise effective countermeasures to support human life in space. This narrative review first focuses on the impact of the environment in space on the musculoskeletal system. It highlights the complex interplay between bone and muscle adaptations and their implications on astronaut health. Despite advances in current countermeasures, such as resistive exercise and pharmacological interventions, they remain partially effective, bulky, and resource-intensive, posing challenges for future missions aboard compact spacecraft. This review proposes wearable sensing and robotic technology as a promising alternative to overcome these limitations. Wearable systems, such as sensor-integrated suits and (soft) exoskeletons, can provide real-time monitoring, dynamic loading, and exercise protocols tailored to individual needs. These systems are lightweight, modular, and capable of operating in confined environments, making them ideal for long-duration missions. In addition to space applications, wearable technologies hold significant promise for terrestrial uses, supporting rehabilitation and assistance for the ageing population, individuals with musculoskeletal disorders, and enhance physical performance in healthy users. By integrating advanced materials, sensors and actuators, and intelligent and energy-efficient control, these technologies can bridge gaps in current countermeasures while offering broader applications on Earth.

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