Сердце человека может лучше адаптироваться к длительному пребыванию в невесомости, чем предполагалось ранее. К такому выводу пришли исследователи, наблюдавшие за 13 астронавтами, которые провели около шести месяцев на борту Международной космической станции. После возвращения на Землю участники исследования хорошо перенесли испытание, имитирующее влияние марсианской гравитации.

Результаты исследования, опубликованного в журнале Circulation, дают обнадеживающие данные для планирования пилотируемых экспедиций на Марс. Однако речь пока идет о небольшой группе участников и моделировании условий, а не о проверке того, как астронавты будут чувствовать себя непосредственно на Красной планете.

Почему невесомость меняет работу сердца

На Земле сердцу приходится перекачивать кровь с учетом силы тяжести, а мышцам — поддерживать вес тела. В невесомости нагрузка на сердечно-сосудистую систему и опорно-двигательный аппарат снижается. Со временем это может приводить к уменьшению мышечной массы и массы сердечной мышцы.

Возвращение к гравитации создает другую проблему. Под действием силы тяжести кровь перемещается к нижней части тела, из-за чего артериальное давление может резко снижаться. Это состояние называется ортостатической гипотензией. Оно способно вызывать головокружение и слабость, когда астронавты пытаются встать после возвращения на Землю.

Для будущих экспедиций на Марс важно понять, смогут ли астронавты нормально функционировать после нескольких месяцев в космосе. Гравитация на поверхности планеты составляет примерно 38% земной, поэтому кровообращение там будет работать иначе, чем в условиях невесомости.

Ежедневные тренировки помогают сохранить здоровье

В исследовании участвовали ученые из Northwestern Medicine, Юго-Западного медицинского центра Техасского университета и медицинской школы Макговерна при UTHealth Houston.

В течение миссий исследователи регулярно оценивали состояние сердца астронавтов с помощью эхокардиографии — ультразвукового исследования, позволяющего изучать структуру сердца и измерять эффективность его работы. Ультразвуковые записи делали до полета, во время пребывания на МКС и после возвращения. На станции астронавты выполняли обследования друг у друга каждые несколько недель, передавая записи на Землю.

Чтобы противодействовать последствиям невесомости, участники также ежедневно занимались физическими упражнениями. По программе NASA они тренировались до двух часов в день: примерно 30–45 минут уделяли аэробным нагрузкам и 60–75 минут — силовым упражнениям.

Такие тренировки помогают поддерживать сердечно-сосудистую систему, сохранять мышечную массу и физическую силу. По словам старшего автора исследования Джеймса Томаса, кардиолога и профессора медицинской школы Файнберга при Северо-Западном университете, физическая активность особенно важна в условиях, когда сердцу и мышцам приходится работать меньше обычного.

Сначала показатели ухудшились, но затем восстановились

Ультразвуковые исследования показали, что в первые две недели после начала космического полета работа сердца действительно менялась. Ученые зафиксировали снижение наполнения сердца кровью между сокращениями, уменьшение ударного объема — количества крови, которое сердце выбрасывает за одно сокращение, — и ухудшение некоторых других показателей сердечно-сосудистой функции.

Однако эти изменения не сохранялись на протяжении всей миссии. По мере адаптации организма показатели постепенно улучшались и приближались к значениям, зарегистрированным до старта.

Это наблюдение указывает на то, что сердечно-сосудистая система способна приспосабливаться к длительной невесомости. Регулярные тренировки, вероятно, играют важную роль в поддержании ее работоспособности, хотя само исследование не позволяет отдельно определить вклад физических нагрузок в каждый из наблюдавшихся эффектов.

Как ученые смоделировали гравитацию Марса

Самой важной частью исследования стало испытание после возвращения астронавтов на Землю. Ученые хотели выяснить, как их сердечно-сосудистая система справится с изменением распределения крови, которое ожидает экипаж при переходе от невесомости к гравитации другой планеты.

Для этого участников укладывали на специальную поверхность и наклоняли на 22 градуса вверх относительно горизонтального положения. Такое положение тела вызывает перемещение крови к нижней части тела и позволяет смоделировать некоторые эффекты марсианской гравитации.

Результат оказался обнадеживающим: после примерно шести месяцев на МКС сердца астронавтов справлялись с этим испытанием не хуже, чем до полета при обычном положении стоя на Земле.

Как отметил Джеймс Томас, полученные данные дают основания полагать, что люди смогут перенести длительный перелет на Марс, добраться до планеты и работать на ее поверхности.

Тем не менее результаты не гарантируют отсутствия проблем при настоящей высадке. Испытание лишь имитировало отдельные физиологические эффекты марсианской гравитации, а в реальной экспедиции на организм будут влиять и другие факторы, включая продолжительность перелета и условия пребывания на поверхности.

Исследование дает важные сведения о том, как человеческое сердце приспосабливается к длительной невесомости и последующему возвращению гравитационной нагрузки. Вместе с данными о пользе физических упражнений эти результаты помогают ученым оценивать риски будущих пилотируемых миссий на Марс.