Физические упражнения и эхокардиограммы в космосе защищали сердца астронавтов в исследовании

Космический полет — опасное занятие. Сохранение здоровья астронавтов, особенно сердца, определило карьеру Бенджамина Левина в качестве ведущего консультанта-кардиолога НАСА. Теперь, когда миссия на Марс уже на горизонте, его последние исследования продолжают проверять, насколько хорошо физические упражнения сохраняют структуру и функцию сердца во время длительного космического полета.

В статье, опубликованной во вторник в журнале Circulation, международная команда сообщает результаты исследования 13 астронавтов, которые проводили эхокардиограммы на борту во время шести месяцев в космосе. Эта визуализация показала слабые, но преходящие изменения в сердце при переходе от земной гравитации к микрогравитации, раскрывая, как длительный космический полет влияет на размер и функцию сердца, и что происходит при приземлении на Землю и в моделировании марсианской гравитации.

Вывод авторов: начальные изменения в структуре и функции сердца астронавтов стабилизировались через шесть месяцев в космосе, а затем вернулись в норму после возвращения на Землю. Авторы приписывают защиту сердца астронавтов программам физических упражнений от длительного времени в космосе и в моделировании низкой гравитации, подобной Марсу.

Микрогравитация изменяет то, как жидкости поступают в сердце и из него. Стенки сердечных камер меняют свою форму, изменяя то, как сердце перекачивает кровь. Именно здесь могут помочь физические упражнения и силовая подготовка.

«Самое новое, что мы продемонстрировали, было то, что через шесть месяцев в космосе, когда вы возвращаетесь на Землю и затем подвергаетесь воздействию гравитации в три восьмых, что является гравитационным градиентом, который мы будем испытывать на Марсе, ни один, ни один астронавт не имел сердечно-сосудистой реакции, которая была бы более напряженной, чем вертикальное положение на Земле до того, как они улетели», — сказал Левин, директор Института физических упражнений и экологической медицины в Texas Health Presbyterian Dallas. «Это было очень обнадеживающе для меня».

Миссия на Марс, запланированная на данный момент на 2035 год, требует двух шестимесячных путешествий в условиях микрогравитации с перерывом в 18 месяцев на красной планете. Невесомость хорошо известна тем, что ослабляет кости и мышцы. Помимо временного головокружения, которое астронавты могут испытывать после возвращения на землю, были опасения по поводу того, как их здоровье и производительность могут быть затронуты, когда они впервые ступят на Марс, чтобы начать там свою работу.

Помимо этой проблемы, Левин напомнил своей аудитории на лекции Grand Rounds в 2024 году, что, хотя смерти в американской космической программе произошли только из-за отказа оборудования, всегда существует возможность медицинской чрезвычайной ситуации. Пример: медицинская эвакуация в январе, первая в истории НАСА. Поскольку астронавты, как правило, люди среднего возраста, сказал Левин, наиболее вероятной причиной катастрофической медицинской проблемы был бы сердечно-сосудистый инцидент.

Предыдущие исследования в этой области использовали кровяное давление и частоту сердечных сокращений, чтобы сделать вывод о том, насколько хорошо функционирует сердце. Для нового исследования в Circulation исследователи пошли дальше этих маркеров здоровья сердца, обучив астронавтов использовать эхокардиограммы, ультразвуковые тесты, которые создают движущиеся изображения сердца, во время космического полета, чтобы лучше увидеть физические изменения и потенциальное влияние контрмер, то есть физических упражнений.

Левин беседовал с STAT о эти последних результатах. Беседа была отредактирована по длине и ясности.

Это исследование действительно в первый раз, когда полное выражение сердечно-сосудистой адаптации к космическому полету было описано при длительном воздействии космоса по отношению к типичным гравитационным градиентам, которые мы испытываем каждый день на Земле.

Это астронавты, которые смогли выполнять свои контрмеры. Когда они вернулись на Землю, они получили много медицинской поддержки, и некоторые из них получили внутривенные инфузии. Но что бы произошло, например, если бы астронавт получил травму и не мог бы заниматься спортом? Это могло бы быть проблемой, и они могли бы быть более ослаблены при приземлении.

Прежде чем мы пойдем дальше, как астронавты проводили свои собственные эхокардиограммы?

Вы не можете отправить сонографиста в космос, поэтому вся концепция удаленного руководства действительно развилась из НАСА. С небольшой подготовкой я могу получить сонографа на земле, разговаривающего с астронавтами, и с некоторыми диаграммами говорю: «Хорошо, поместите свой зонд здесь, рядом со стороной грудины. Теперь поверните его на 10 градусов против часовой стрелки. Наклоните конец вниз к левому бедру. Вдохните, выдохните, задержите дыхание, нажмите зеленую кнопку, захватите, и бум, мы можем получить исследовательские эхо таким образом».

Я люблю экипаж и астронавтов; они замечательные люди, но они не особенно примечательные физические экземпляры.

В контексте космической программы, обеспечивающей транспортировку на Марс, они должны будут иметь устройства и инструменты для упражнений, чтобы сохранить весь спектр человеческой адаптации к физической активности. Итак, это не только сердце, конечно. Это скелетные мышцы, это кости, это мозг, это психическое состояние.

Вы видели, как важным был просто этот маховик, который они имели в Artemis II для экипажа. Я имею в виду, они просто любили на нем кататься, практиковаться с ним и использовать его, но идя на Марс, он не будет таким же большим, как космическая станция. Космическая станция имеет беговую дорожку, велосипед и систему весов.

Вот на что работают ученые НАСА по упражнениям прямо сейчас — это не совсем для меня, чтобы определить. Для инженеров, это всегда баланс массы и объема. Как велико что-то? Сколько места это занимает? Сколько энергии это требует? И можем ли мы интегрировать это в транспортное средство, которое может отвезти астронавтов всю дорогу на Марс?

Мы провели много исследований, используя постельный режим, наземные модели, показывающие, что если вы просто ослабляете форму, если вы ложитесь в постель, если вы устраняете гидростатический градиент от головы к ступням, сердце сжимается и атрофируется и становится функционально жестче. И если вы занимаетесь спортом, находясь в постели, это полностью устраняется.

Вы говорите в своей новой статье, что сердце замечательно пластично, как в почти 75% массы левого желудочка, реагирует на изменения в физической активности.

Количество крови, которое сердце перекачивает за один удар, падает на 50% между положением лежа и вертикальным положением. Вот почему некоторые люди теряют сознание, когда встают.

ПОТС — это очень хорошая модель. Причина, по которой я ухаживаю за пациентами с ПОТС, заключается в том, что у них принципиально гравитационное заболевание. Подход, который я использую для пациентов, был информирован исследованиями, которые мы проводим в космическом полете.

Что привлекает внимание американской общественности и обеспечивает поддержку того, что является довольно необычайной инженерной и научной тратой на изучение вселенной, является человек в цикле. Мы отправили много ракет в космос вокруг луны, но только когда астронавты Artemis II прошли по телевидению и обошли луну на противоположную сторону, люди сказали: «О боже, это просто невероятно». И так, когда мы думаем обо всех этих инженерных задачах, что может быть единственным наиболее важным ограничением и важной связью, так это здоровье, безопасность и благополучие астронавтов.