Valutazione biomeccanica di esercizi di mantenimento muscolo scheletrico eseguiti con il macchinario ARED

The evaluation of the changes that the human body undergoes during long-duration space missions could be helpful in understanding how it can adapt outside of Earth's gravity conditions. In fact, the prolonged stay on the International Space Station (ISS) can have deleterious effects, especially on the musculoskeletal system, which can hinder the crew's ability to properly perform their tasks. This thesis project focuses on the motor analysis of exercises performed by a subject and the comparison between these exercises when performed on Earth and on the International Space Station. The subject used the "Advanced Resistive Exercise Device" (ARED), which allows for the execution of high-intensity exercises aiming to preserve muscular volume and strength during space missions. Specifically, four motor exercises are planned to be performed by a subject using the ARED machine: single leg squat, squat, wide stance squat and deadlift. They were performed in three different load configurations both at the Johnson Space Center (JSC) laboratory and in flight on the ISS. The analysis was based on the evaluation of four parameters obtained using force platforms and an optoelectronic system: Ground Reaction Force, ARED system bar height, medial-lateral and anterior-posterior coordinates of the center of pressure, and knee range of motion. From the results obtained, it was observed that the four exercises are comparable to each other, in fact, they present very similar values for all the parameters analyzed. However, it was found that for these exercises, the evaluated parameters present discordant values between the session carried out on Earth and those in flight. In particular, it has been observed that the microgravity condition significantly influences the execution of the exercises: the data analysis highlighted divergent trends between the two environmental conditions for the parameters GRF, Bar Height, and COP, with the exception of the ROM parameter, for which the values obtained in flight are consistent with those of the Earth session.

La valutazione dei cambiamenti a cui il corpo umano va incontro durante missioni spaziali di lunga durata è estremamente utile per capire come esso si adatti al di fuori delle condizioni di gravità terrestri. Infatti, la lunga permanenza sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) può provocare effetti deleteri, soprattutto al sistema muscolo-scheletrico, che possono impedire la corretta esecuzione delle mansioni dell’equipaggio. Il presente progetto di tesi si occupa dell’analisi motoria di esercizi compiuti da un soggetto e del confronto tra questi quando eseguiti sulla Terra e sulla Stazione Spaziale Internazionale, per questa condizione ambientale sono state eseguire tre sessioni. Il soggetto analizzato ha impiegato il macchinario “Advanced Resistive Exercise Device” (ARED), il quale permette l’esecuzione di esercizi ad alta intensità, atti a preservare il volume e la forza muscolare durante le missioni spaziali. In particolare, è stata analizzata l’esecuzione di quattro esercizi motori da parte di un soggetto, tramite l’ausilio del macchinario ARED: single leg squat, squat, squat a base allargata e deadlift. Essi sono stati effettuati in tre configurazioni di carico differenti sia nel laboratorio del Johnson Space Center (Houston, USA) che in volo sulla ISS. L’analisi è stata eseguita sulla base della valutazione di quattro parametri, ottenuti tramite l’impiego di due piattaforme di forza e di un sistema optoelettronico: forza di reazione con il terreno (GRF); altezza della barra del sistema ARED (Bar Height); coordinate mediale-laterale e anteriore-posteriore del centro di pressione (COP); range of motion (ROM) del ginocchio. Dai risultati ottenuti si è potuto osservare che i quattro esercizi risultano essere confrontabili tra loro, infatti, essi presentano valori molto simili per tutti i parametri analizzati. Tuttavia, si è riscontrato che per tali esercizi, i parametri valutati presentano valori discordanti tra la sessione svolta sulla Terra e quelle in volo. In particolare, è emerso come la condizione di microgravità influenzi in maniera significativa l’esecuzione degli esercizi: l’analisi dei dati ha evidenziato andamenti discordanti tra le due condizioni ambientali per i parametri GRF, Bar Height e COP, con l’eccezione del parametro ROM, per il quale i valori ottenuti in volo sono coerenti con quelli della sessione a terra.