ออกกำลังกายท้าทายแรงโน้มถ่วง

เรื่องโดย ปริทัศน์ เทียนทอง

ตั้งแต่มนุษย์เราเกิดขึ้นมาบนโลกนี้ เริ่มจากช่วงวัยเด็กจนย่างเข้าสู่วัยชรา ระบบกล้ามเนื้อและกระดูก (musculoskeletal system) ของร่างกายต่างก็ทำงานสัมพันธ์ด้วยกันมาตลอดเวลา มีผลวิจัยหลายชิ้นบอกว่าคนเราเมื่ออายุถึงหลักสี่แล้ว มวลกล้ามเนื้อและความแข็งแกร่งของร่างกายจะลดลงเรื่อย ๆ ประมาณร้อยละ 1-2 ต่อปี ส่วนคนที่ต้องอาศัยอยู่นอกโลกในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำอย่างเช่นนักบินอวกาศ ต้องพบกับภาวะกล้ามเนื้อบริเวณขาหดเกร็งและลีบจากการไม่ได้ใช้งานกล้ามเนื้อบริเวณนั้นเป็นเวลานาน และหากอยู่ในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำนานหลายเดือน มวลกระดูกจะลดลงได้ถึงร้อยละ 12 เลยทีเดียว

ทางออกสำหรับการป้องกันหรือชะลอความเสื่อมของกล้ามเนื้อและกระดูกก็คือ “การออกกำลังกาย” แต่ไม่ใช่เพียงแค่การออกแรงด้วยวิธีการเดินหรือการวิ่งเท่านั้น ในบทความนี้จะพูดถึงการออกกำลังกายแบบใช้น้ำหนักตัวเองร่วมกับแรงต้านภายนอกมาเป็นแรงต้าน หรือที่เรียกกันว่า บอดีเวต (bodyweight) ซึ่งเป็นหลักการที่ใช้ได้ผลดีทั้งกับการออกกำลังกายบนโลกและบนอวกาศ

สร้างมวลกล้ามเนื้อ เพื่อร่างกายที่แข็งแรง

การออกกำลังกายแบบบอดีเวตซึ่งเป็นการออกกำลังกายที่ใช้น้ำหนักของตัวเองหรือน้ำหนักของตัวเองร่วมกับอุปกรณ์ต่าง ๆ (weight training) เพื่อเพิ่มแรงต้านให้แก่กล้ามเนื้อ เป็นวิธีหนึ่งที่นิยมใช้ฝึกเพื่อช่วยเพิ่มความแข็งแรงและเสริมสร้างกล้ามเนื้อ โดยใช้ฝึกได้ทั้งกล้ามเนื้อหลังแขน หน้าท้อง ไหล่และขา และต้นแขนด้านหน้า

การออกกำลังกายเสริมสร้างกล้ามเนื้ออย่างถูกวิธีช่วยอะไรเราได้หลายอย่าง ช่วยลดไขมัน ช่วยกระตุ้นการเผาผลาญพลังงานของร่ายกายอย่างต่อเนื่อง ช่วยเพิ่มความอึดและความแข็งแรงของร่างกาย ไม่เหนื่อย ไม่เจ็บป่วยง่าย และยังช่วยให้มีสมาธิดีขึ้นด้วย

นักบินอวกาศโนริชิเงะ คาไน (Norishige Kanai) นักบินอวกาศชาวญี่ปุ่น
ขณะออกกำลังกายอยู่บนสถานีอวกาศนานาชาติ
ที่มาภาพ : JAXA/NASA

ปัญหาสุขภาพร่างกายของนักบินอวกาศที่ต้องเผชิญ

การเคลื่อนไหวร่างกายบนโลกที่มีแรงโน้มถ่วงทำให้เราต้องใช้แรงในการเคลื่อนไหว ต่างจากนักบินอวกาศที่อยู่บนสถานีอวกาศซึ่งมีแรงโน้มถ่วงต่ำ การเคลื่อนไหวร่างกายจะใช้แรงเพียงเล็กน้อย ซึ่งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางด้านร่างกายและสุขภาพของนักบินอวกาศ เช่น กล้ามเนื้อบริเวณขาหดเกร็งและลีบ มวลกระดูกลดลงมาก ทำให้กระดูกบางเปราะแตกง่าย ถ้าเทียบกับมวลกระดูกของคนที่อยู่บนโลก และกล้ามเนื้อที่ยึดกระดูกสันหลังไว้ด้วยกันและเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวเกิดการหดตัว ทำให้กระดูกสันหลังยืดตัวออก และทำให้เกิดอาการปวดหลังตามมา

ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้กล้ามเนื้อและกระดูกมีปัญหาในระยะยาว และเสริมความแกร่งให้แก่ร่างกายระหว่างที่ใช้ชีวิตอยู่บนสถานีอวกาศ นักบินอวกาศจึงต้องหาเวลาออกกำลังกายประมาณสองชั่วโมงต่อวัน โดยใช้เครื่องออกกำลังกายที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เช่น ลู่วิ่งที่ติดตั้งสายรัดติดไว้กับตัวเครื่องและเครื่องเออร์โกมิเตอร์ (ergometer) ซึ่งมีหน้าตาคล้ายกับจักรยานไม่มีล้อ เครื่องออกกำลังกายที่เรียกว่า ARED (advanced resistive exercise device) สำหรับฝึกยกน้ำหนักเสริมสร้างกล้ามเนื้อส่วนบนของร่างกาย รวมถึงใช้ฝึกท่าสควอต (squat) ที่มุ่งเน้นการเสริมสร้างกล้ามเนื้อขา กล้ามเนื้อหลังขา ข้อเข่า และกล้ามเนื้อบริเวณลำตัวด้านล่าง

บทเรียนปัญหาด้านสุขภาพของนักบินอวกาศเป็นโจทย์ที่นักวิจัยนำมาศึกษาต่อยอด อย่างในประเทศไทย ศาสตราจารย์ ดร. นายแพทย์นรัตถพล เจริญพันธุ์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ได้นำประเด็นปัญหาเรื่องนี้มาสร้างความร่วมมือการทำวิจัย ซึ่งนำไปสู่การสร้างสมมติฐานของความเสี่ยงต่อภาวะกระดูกพรุนของผู้ที่ต้องใช้ชีวิตอยู่ในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำของห้วงอวกาศเป็นเวลานาน เพื่อตอบโจทย์การออกแบบยาต้านกระดูกพรุนที่ออกฤทธิ์ได้อย่างตรงจุด หรือกิจกรรมที่จะช่วยป้องกันไม่ให้เกิดความเสี่ยงต่อภาวะกระดูกพรุน ของทั้งมนุษย์บนโลกและนักบินอวกาศ นอกจากนี้ผลการวิจัยที่ได้อาจเป็นประโยชน์ต่อการดูแลรักษาผู้ป่วยติดเตียง ซึ่งมีอะไรบางอย่างที่คล้ายกับนักบินอวกาศ คือ ขาดการเคลื่อนไหวและออกกำลังกาย จนทำให้มีมวลกระดูกน้อยลง

JAXA ชวนเด็กไทยช่วยคิดท่าออกกำลังกายนักบินอวกาศ

เมื่อช่วงกลางปี พ.ศ. 2566 ที่ผ่านมา องค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่น หรือ JAXA มองเห็นปัญหาสุขภาพร่างกายของนักบินอวกาศ จึงพยายามหาวิธีที่จะช่วยแก้ปัญหาดังกล่าว และยังได้เปิดโอกาสให้เยาวชนในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกเข้ามามีส่วนร่วมช่วยกันคิดท่าทางการออกกำลังกายของนักบินอวกาศญี่ปุ่นที่ท้าทายกฎเกณฑ์เรื่องแรงโน้มถ่วง ในโครงการ “Asian Try Zero-G 2023” ภายใต้หัวข้อ Exercise in Space โดยให้ส่งไอเดียการออกกำลังกายในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำบนสถานีอวกาศนานาชาติ ที่ยังไม่เคยลองทำมาก่อน เป็นการเคลื่อนไหวออกกำลังกายภายในเวลา 10 นาทีที่เป็นไปไม่ได้บนโลก แต่เป็นไปได้ในอวกาศ โดยวัตถุประสงค์ของการออกกำลังกายต้องไม่ใช่เพื่อการวิจัยทางการแพทย์หรือการรักษาพยาบาล ไอเดียที่ได้รับการคัดเลือกจะนำไปให้ ซาโตชิ ฟูรูกาวะ (Satoshi Furukawa) นักบินอวกาศชาวญี่ปุ่น ทดลองจริงในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ บนสถานีอวกาศนานาชาติ

ในส่วนของประเทศไทย สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมกับ JAXA คัดเลือกแนวคิดการทดลองของเยาวชนไทยเรื่อง “การออกกำลังกายท่าดาวทะเลภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ” ของวรรณวลี จันทร์งาม (มุก) และพุทธิมา ประกอบชาติ (เอม) นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 จากโรงเรียนระยองวิทยาคม ส่งให้นักบินอวกาศญี่ปุ่นนำไปทดลองทำบนสถานีอวกาศนานาชาติ

ออกกำลังกายท่าดาวทะเลภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ

วรรณวลี จันทร์งาม (มุก) และพุทธิมา ประกอบชาติ (เอม)

ไอเดีย “การออกกำลังกายท่าดาวทะเลภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ” ของวรรณวลี จันทร์งาม กับพุทธิมา ประกอบชาติ เริ่มต้นจากการที่ทั้งสองเห็นปัญหาการสูญเสียมวลกล้ามเนื้อของนักบินอวกาศซึ่งต้องเจอขณะออกไปทำภารกิจในอวกาศ เลยเกิดแนวความคิดอยากให้นักบินอวกาศได้ออกกำลังกายแบบใช้น้ำหนักของตัวเอง หรือน้ำหนักตัวเองร่วมกับแรงต้านภายนอกมาเป็นแรงต้าน ปัญหาคือการออกกำลังกายประเภทนี้ต้องใช้น้ำหนักของตัวเองมาเป็นแรงต้าน แต่บนสถานีอวกาศไม่เหมือนกับบนพื้นโลก นักบินอวกาศต้องอยู่ในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำตลอดเวลา จึงเสนอแนวคิดแก้ปัญหานี้โดยการใช้ยางยืดออกกำลังกาย หรือยางยืดแรงต้าน (resistance band) มาเป็นอุปกรณ์เพิ่มแรงต้าน

ส่วนที่มาของท่าดาวทะเลคิดขึ้นมาจากสาเหตุที่ว่า เมื่อนักบินอวกาศออกกำลังกายในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ ตัวนักบินอวกาศจะไม่สามารถยืนติดอยู่กับพื้นได้หากไม่มีอุปกรณ์เสริม จึงเลือกเลียนแบบท่าทางธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้เคลื่อนที่บนบก ซึ่งก็คือท่าทางของดาวทะเลที่ทำตามได้ง่ายและน่าจะเหมาะกับการออกกำลังกายในอวกาศ

ซาโตชิ ฟูรูกาวะ นักบินอวกาศญี่ปุ่นกำลังทดลองออกกำลังกายท่าดาวทะเลภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ

หลังจากที่ไอเดียได้รับคัดเลือกและนำไปให้ซาโตชิ ฟูรูกาวะ นักบินอวกาศญี่ปุ่นทดลองทำ ผลการทดลองออกมาน่าประทับใจ คุณฟูรูกาวะ ผู้ทำการทดลองบอกว่า ในขณะทำการทดลองได้ใช้ทั้งกล้ามเนื้อแกนกลาง กล้ามเนื้อด้านข้างลำตัว กล้ามเนื้อต้นแขน และกล้ามเนื้อน่อง โดยแต่ละส่วนที่คุณฟูรูกาวะบอกมานั้นตรงตามที่ผู้เสนอการทดลองทั้งสองได้คาดการณ์ไว้ ถือว่าการออกกำลังกายนี้ได้ผลและน่าจะประยุกต์ใช้ในกิจกรรมอื่น ๆ หรือทำการทดลองต่อยอดอื่น ๆ ในอนาคตได้ด้วย

แม้ว่าจะเป็นเพียงข้อสงสัยเล็ก ๆ ของเด็กนักเรียนระดับมัธยมศึกษา แต่ก็คิดต่อยอดเกิดเป็นโครงงานวิทยาศาสตร์ระดับอวกาศได้ และแนวคิดนี้อาจจะเป็นอีกหนึ่งวิธีการออกกำลังกายที่มีประสิทธิภาพ ประยุกต์ใช้ได้ทั้งบนโลกและบนอวกาศ ซึ่งในอนาคตอาจจะมีมนุษย์ได้ออกไปท่องอวกาศกันมากขึ้นและจำเป็นต้องใช้วิธีการออกกำลังกายตามแนวทางที่เด็กไทยคิดค้นขึ้นในวันนี้ก็เป็นได้

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

อายุยืนด้วยการออกกำลังกาย
https://www.nstda.or.th/sci2pub/longevity-through-exercise/
วิจัยภาวะกระดูกพรุนในอวกาศ เตรียมต่อยอดเยียวยาผู้ป่วยติดเตียง
https://www.nstda.or.th/sci2pub/osteoporosis-in-space/