Καρδιά αστροναυτών: Τι έδειξε η δοκιμή με προσομοίωση της βαρύτητας του Άρη

Το ταξίδι στον Άρη μπορεί να είναι λιγότερο απαιτητικό για την ανθρώπινη καρδιά απ’ όσο φοβούνταν οι επιστήμονες. Νέα μελέτη δείχνει ότι οι αστροναύτες μπορούν να προσαρμοστούν αξιοσημείωτα καλά σε μήνες χωρίς βαρύτητα, παρέχοντας ενθαρρυντικά στοιχεία ότι οι άνθρωποι θα μπορούσαν να αντέξουν το μακρύ ταξίδι στον Κόκκινο Πλανήτη και να λειτουργήσουν στο ασθενέστερο βαρυτικό του πεδίο.

Ερευνητές από τα Northwestern Medicine, UT Southwestern και UT Houston παρακολούθησαν την καρδιά 13 αστροναυτών που πέρασαν περίπου έξι μήνες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Τα ευρήματα έδειξαν ότι, παρότι η διαστημική πτήση επηρέασε αρχικά την καρδιακή λειτουργία, οι αστροναύτες προσαρμόστηκαν σταδιακά, με την εντατική καθημερινή άσκηση να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της καρδιαγγειακής τους υγείας.

Μία από τις βασικές ανησυχίες της NASA για την αποστολή ανθρώπων στον Άρη αφορά το πώς θα ανταποκριθούν η καρδιά και το κυκλοφορικό σύστημα των αστροναυτών όταν φύγουν από τις συνθήκες έλλειψης βαρύτητας της διαστημικής πτήσης, γνωστές ως μικροβαρύτητα, και βρεθούν στη βαρύτητα του Άρη, η οποία είναι μόλις περίπου το ένα τρίτο της γήινης.

Ενθαρρυντικά, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αστροναύτες δεν παρουσίασαν σημαντικές ενδείξεις καρδιαγγειακής καταπόνησης όταν εκτέθηκαν σε προσομοίωση της βαρύτητας του Άρη μετά την επιστροφή τους στη Γη.

«Με βάση τα ευρήματά μας, έχουμε πλέον λόγο να πιστεύουμε ότι θα μπορούσαμε να ταξιδέψουμε στον Άρη, να φτάσουμε εκεί και να εργαστούμε στην επιφάνειά του», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, δρ Τζέιμς Τόμας, καθηγητής Ιατρικής στο Τμήμα Καρδιολογίας της Ιατρικής Σχολής Feinberg του Northwestern University.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε τον περασμένο μήνα στο περιοδικό Circulation, είναι η πρώτη που εξετάζει πώς ανταποκρίνεται η καρδιά σε προσομοιωμένη βαρύτητα του Άρη μετά από παρατεταμένη παραμονή στο διάστημα.

Πώς η καθημερινή άσκηση προστατεύει την καρδιά των αστροναυτών

Η ζωή χωρίς βαρύτητα δημιουργεί ασυνήθιστες προκλήσεις για το ανθρώπινο σώμα. Στη Γη, η καρδιά εργάζεται διαρκώς ενάντια στη βαρύτητα για να κυκλοφορεί το αίμα, ενώ οι μύες πρέπει να στηρίζουν το βάρος του σώματος. Στο διάστημα, αυτές οι απαιτήσεις μειώνονται σημαντικά, με αποτέλεσμα οι μύες, ακόμη και η ίδια η καρδιά, να μπορεί να μικρύνουν με την πάροδο του χρόνου.

Η επιστροφή σε περιβάλλον με βαρύτητα μπορεί επίσης να είναι δύσκολη. Αστροναύτες σε προηγούμενες αποστολές έχουν συχνά νιώσει ζάλη ή τάση λιποθυμίας όταν σηκώνονται όρθιοι μετά την προσγείωση. Αυτό συμβαίνει επειδή η βαρύτητα τραβά το αίμα προς το κάτω μέρος του σώματος, προκαλώντας μερικές φορές απότομη πτώση της αρτηριακής πίεσης. Η κατάσταση ονομάζεται ορθοστατική υπόταση. (Αν έχετε δει την προσπάθεια της Σάντρα Μπούλοκ να συρθεί αφού επιστρέφει στη Γη στην ταινία «Gravity», καταλαβαίνετε.)

Ωστόσο, οι αστροναύτες της νέας μελέτης αντιμετώπισαν γενικά καλά αυτή τη μετάβαση, πιθανώς επειδή ακολουθούσαν απαιτητικά προγράμματα άσκησης σε όλη τη διάρκεια των αποστολών τους.

Στο πλαίσιο του προγράμματος της NASA Exercise Countermeasures, οι αστροναύτες ασκούνταν έως και δύο ώρες την ημέρα. Το πρόγραμμά τους περιλάμβανε 30 έως 45 λεπτά προπόνησης αντοχής, η οποία ενδυναμώνει το καρδιαγγειακό σύστημα, καθώς και 60 έως 75 λεπτά ασκήσεων αντίστασης, για τη διατήρηση της μυϊκής μάζας και δύναμης.

«Χάνεις μυϊκή και καρδιακή μάζα όταν βρίσκεσαι σε περιβάλλον χωρίς βαρύτητα, επειδή εκεί πάνω κάνεις λιγότερη δουλειά», εξήγησε ο Τόμας, ο οποίος είναι επίσης καρδιολόγος στο Northwestern Medicine. «Αιωρείσαι στον αέρα και, αν δώσεις μια μικρή ώθηση με το πόδι, μπορείς να φτάσεις απέναντι για να πεις ένα γεια στον φίλο σου».

«Γι’ αυτό η άσκηση είναι καθοριστική όταν βρίσκεσαι στο διάστημα», πρόσθεσε ο Τόμας.

Τι αποκάλυψαν οι εξετάσεις της καρδιάς για την προσαρμογή στη μικροβαρύτητα

Για να κατανοήσουν τι συμβαίνει στην καρδιά κατά τη διάρκεια μιας παρατεταμένης διαστημικής πτήσης, οι ερευνητές έκαναν υπερηχοκαρδιογραφήματα πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την αποστολή κάθε αστροναύτη. Οι υπέρηχοι χρησιμοποιούν ηχητικά κύματα για να δημιουργήσουν κινούμενες εικόνες της καρδιάς, επιτρέποντας στους γιατρούς να εξετάζουν τη δομή της και να μετρούν πόσο αποτελεσματικά αντλεί αίμα.

Κατά την παραμονή τους στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, οι αστροναύτες εκπαιδεύτηκαν ώστε να κάνουν αυτές τις εξετάσεις ο ένας στον άλλο κάθε λίγες εβδομάδες. Οι καταγραφές μεταδίδονταν στη Γη, όπου οι ερευνητές παρακολουθούσαν τις μεταβολές στην καρδιακή λειτουργία καθ’ όλη τη διάρκεια των αποστολών.

Ο Τόμας συνεργάστηκε με τον δρα Μπέντζαμιν Λεβίν του UT Southwestern Medical Center και τον δρα Μάικλ Μπάνγκο της Ιατρικής Σχολής McGovern στο UTHealth Houston.

«Συνήθως ήταν περίπου 3 τα ξημερώματα για μένα, επειδή ο διαστημικός σταθμός λειτουργεί με την ώρα Γκρίνουιτς», είπε ο Τόμας. «Παρακολουθούσα τις καταγραφές καθώς έφταναν ζωντανά και καθοδηγούσα τους αστροναύτες σε πραγματικό χρόνο, ώστε να βελτιώσουν τις εικόνες».

Οι εξετάσεις έδειξαν ότι αρχικά οι καρδιές των αστροναυτών δυσκολεύτηκαν να προσαρμοστούν στο νέο περιβάλλον. Τις πρώτες δύο εβδομάδες στο διάστημα, οι ερευνητές παρατήρησαν μείωση στην πλήρωση της καρδιάς με αίμα, στον όγκο παλμού και σε αρκετούς ακόμη δείκτες καρδιαγγειακής λειτουργίας.

Η καρδιακή πλήρωση αναφέρεται στην ποσότητα αίματος που εισέρχεται στην καρδιά ανάμεσα στους παλμούς, ενώ ο όγκος παλμού είναι η ποσότητα αίματος που εξωθείται σε κάθε συστολή. Και οι δύο μετρήσεις μειώθηκαν στα πρώτα στάδια των αποστολών, γεγονός που έδειχνε ότι οι καρδιές των αστροναυτών αντλούσαν προσωρινά λιγότερο αίμα σε κάθε παλμό.

Ωστόσο, οι μεταβολές δεν διατηρήθηκαν.

Όσο περνούσε ο χρόνος στο διάστημα, το καρδιαγγειακό σύστημα των αστροναυτών προσαρμοζόταν. Η καρδιακή πλήρωση και ο όγκος παλμού βελτιώθηκαν σταδιακά, πλησιάζοντας τις τιμές που είχαν καταγραφεί πριν από την εκτόξευση.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η καρδιά μπορεί να προσαρμοστεί στην παρατεταμένη έλλειψη βαρύτητας αποτελεσματικότερα απ’ όσο θα υπέθετε κανείς από τις αρχικές μετρήσεις, ιδιαίτερα όταν οι αστροναύτες διατηρούν τακτική σωματική δραστηριότητα.

Οι καρδιές των αστροναυτών δοκιμάστηκαν σε προσομοίωση της βαρύτητας του Άρη

Οι ερευνητές ήθελαν επίσης να απαντήσουν σε ένα ιδιαίτερα σημαντικό ερώτημα για τις μελλοντικές αποστολές στον Άρη: Τι συμβαίνει όταν ένας αστροναύτης, αφού περάσει μήνες σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας, βρεθεί ξαφνικά ξανά σε περιβάλλον με βαρύτητα;

Η βαρύτητα στην επιφάνεια του Άρη είναι περίπου το 38% της γήινης. Παρότι είναι σημαντικά ασθενέστερη από αυτή που βιώνουμε στη Γη, θα ανάγκαζε και πάλι την καρδιά των αστροναυτών να λειτουργεί διαφορετικά μετά από μήνες αιώρησης στο διάστημα.

Για να αναπαραγάγουν ορισμένες από αυτές τις επιδράσεις, οι ερευνητές πραγματοποίησαν δοκιμή προσομοίωσης της βαρύτητας του Άρη μετά την επιστροφή των αστροναυτών στη Γη.

Έγειραν κάθε αστροναύτη προς τα πάνω κατά 22 μοίρες, ξεκινώντας από ξαπλωμένη θέση. Η στάση αυτή έκανε το αίμα να μετακινηθεί προς το κάτω μέρος του σώματος, προσεγγίζοντας τις επιδράσεις της βαρύτητας του Άρη στην κυκλοφορία του αίματος.

Τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά. Αφού πέρασαν περίπου έξι μήνες στο διάστημα, οι καρδιές των αστροναυτών λειτουργούσαν εξίσου καλά στην προσομοιωμένη βαρύτητα του Άρη όσο και όταν στέκονταν όρθιοι στη Γη πριν από τις αποστολές τους.

Αυτό δείχνει ότι οι αστροναύτες που διατηρούν την καρδιαγγειακή τους φυσική κατάσταση κατά τη διαστημική πτήση ενδέχεται να μπορούν να προσαρμοστούν στην ασθενέστερη βαρύτητα του Άρη χωρίς να αντιμετωπίσουν σοβαρά καρδιαγγειακά προβλήματα.

Παρότι τα ευρήματα προέρχονται από μια σχετικά μικρή ομάδα αστροναυτών και από προσομοίωση, όχι από πραγματική προσεδάφιση στον Άρη, προσφέρουν πολύτιμα στοιχεία για τον σχεδιασμό μελλοντικών αποστολών.

Σε συνδυασμό με τα οφέλη της καθημερινής άσκησης, η ικανότητα της καρδιάς να προσαρμόζεται στην έλλειψη βαρύτητας και να ανταποκρίνεται καλά στην προσομοιωμένη βαρύτητα του Άρη αποτελεί έναν ακόμη λόγο αισιοδοξίας για την αποστολή ανθρώπων στον Κόκκινο Πλανήτη.

Η μελέτη έχει τίτλο «Impact of Prolonged Spaceflight on Cardiac Structure and Function: An Exploratory Longitudinal Observational Study». Η χρηματοδότηση προήλθε από το National Space Biomedical Research Institute (επιχορήγηση NCC9-58), τη NASA (επιχορήγηση NNJ04HH01A), το IDP Foundation, τη Sandra Helton και το National Heart Foundation of Australia.