Zusammenfassung:
Eine Reise zum Mars fordert das menschliche Herz möglicherweise nicht so sehr, wie Wissenschaftler einst befürchtet hatten. Eine Studie zeigt, dass Astronauten sich gut an Monate der Schwerelosigkeit anpassen. Die heute in Circulation veröffentlichte Forschungsarbeit liefert ermutigende Beweise dafür, dass Menschen der Raumfahrt zum Mars standhalten und in seiner schwächeren Schwerkraft normal funktionieren können.
In der Studie überwachten Wissenschaftler die Herzerkrankungen von 13 Astronauten, die etwa sechs Monate an Bord der Internationalen Raumstation verbrachten. Die Ergebnisse zeigten, dass sich Astronauten zwar zunächst auf die Herzfunktion auswirken, sich jedoch allmählich an die Umgebung anpassen und dass tägliches, hochintensives Training eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Herz-Kreislauf-Gesundheit spielt.
Da sowohl die Schwerelosigkeit als auch die Rückkehr in eine Schwerkraftumgebung Herausforderungen für den menschlichen Körper mit sich bringen, macht sich die Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde (NASA) Sorgen darüber, ob sich Herz und Kreislauf von Astronauten an die Mikrogravitationsumgebung des Weltraums auf dem Mars anpassen können, wo die Schwerkraft nur etwa 38 % der Erdschwerkraft beträgt.
Auf der Erde muss das Herz weiterhin Blut gegen die Schwerkraft pumpen und die Muskeln müssen das Körpergewicht tragen; Im Weltraum werden diese Belastungen stark reduziert und mit der Zeit verkümmern die Muskeln und sogar das Herz. Aber nach der Rückkehr in die Schwerkraftumgebung wird das Blut in den Unterkörper gezogen. Nach der Landung verspüren Astronauten häufig Symptome wie Schwindel, dunkle Augen und sogar einen plötzlichen Blutdruckabfall. Dies wird als orthostatische Hypotonie bezeichnet. Allerdings gewöhnten sich die Astronauten in der Studie im Allgemeinen gut an ihre neue Schwerkraftumgebung, vielleicht dank des intensiven Trainingsprogramms, das sie während der gesamten Mission durchführten.
Im Rahmen des „Exercise Countermeasures“-Programms der NASA trainieren Astronauten bis zu zwei Stunden am Tag. Das Training umfasst 30 bis 45 Minuten Ausdauertraining zur Stärkung des Herz-Kreislauf-Systems und 60 bis 75 Minuten Widerstandstraining zum Erhalt von Muskelmasse und Kraft. James Thomas, Autor des Papiers und von der Feinberg School of Medicine der Northwestern University, erklärte: „In einer schwerelosen Umgebung können Sie mit nur einem Fußtipp hinübergleiten und Ihren Begleitern Hallo sagen. Aufgrund der geringeren Menge an Bewegung nimmt die Masse der Muskeln und des Herzens ab. Um dem entgegenzuwirken, ist Bewegung im Weltraum von entscheidender Bedeutung.“
Um zu verstehen, was mit dem Herzen während eines Langzeit-Raumflugs passiert, haben Forscher vor, während und nach der Mission jedes Astronauten Echokardiogramme erstellt. Bei Ultraschalluntersuchungen werden Schallwellen verwendet, um dynamische Bilder des Herzens zu erzeugen, sodass medizinisches Personal die Struktur des Herzens untersuchen und seine Pumpleistung messen kann. Alle paar Wochen scannen Astronauten auf der Internationalen Raumstation gegenseitig ihre Herzen und übermitteln die Aufzeichnungen zurück zur Erde. Die Forscher überwachten während der gesamten Studie Veränderungen der Herzfunktion. Thomas führte die Studie in Zusammenarbeit mit Benjamin Levine vom University of Texas Southwestern Medical Center und Michael Bungo von der McGovern Medical School des University of Texas Health Science Center in Houston durch.
Scanergebnisse zeigten, dass das Herz des Astronauten zunächst Schwierigkeiten hatte, sich an die Weltraumumgebung anzupassen. Während der ersten zwei Wochen im Weltraum beobachteten die Forscher eine Abnahme des Herzfüllungsvolumens, des Schlagvolumens und mehrerer anderer Messgrößen der Herz-Kreislauf-Funktion. Das Herzfüllungsvolumen bezieht sich auf die Blutmenge, die zwischen den Herzschlägen in das Herz gelangt, während das Schlagvolumen die Blutmenge beschreibt, die das Herz bei jeder Kontraktion auspumpt. Beide Messungen sanken zu Beginn der Mission, was darauf hindeutet, dass die Herzen der Astronauten bei jedem Schlag vorübergehend weniger Blut pumpten.
Aber wenn Astronauten längere Zeit im Weltraum bleiben, wird sich ihr Herz-Kreislauf-System allmählich anpassen. Das Herzfüllungsvolumen und das Schlagvolumen verbesserten sich allmählich und näherten sich schließlich dem Niveau vor dem Start. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Herz möglicherweise anpassungsfähiger an langfristige Schwerelosigkeit ist als frühere Messungen vermuten ließen, insbesondere wenn Astronauten regelmäßig körperlich aktiv sind.
Die Forscher wollten auch eine Frage beantworten, die für zukünftige Missionen zum Mars von entscheidender Bedeutung ist: Was passiert, wenn ein Astronaut, der Monate in der Schwerelosigkeit verbracht hat, plötzlich in die Schwerkraft zurückkehrt? Obwohl die Schwerkraft auf der Marsoberfläche viel schwächer ist als auf der Erde, wird sich die Art und Weise, wie die Herzen der Astronauten funktionieren, auch nach Monaten des Schwebens im Weltraum verändern. Um solche Effekte nachzubilden, führten Forscher simulierte Mars-Schwerkrafttests durch, nachdem Astronauten zur Erde zurückgekehrt waren.
Während des Tests neigte sich jeder Astronaut aus der Liegeposition um 22 Grad nach oben, um den Blutfluss in den Unterkörper zu ermöglichen und so den Einfluss der Schwerkraft des Mars auf das Kreislaufsystem zu simulieren. Die Testergebnisse waren ermutigend: Nach etwa sechs Monaten im Weltraum funktionierten die Herzen der Astronauten in der simulierten Schwerkraft des Mars genauso gut wie vor der Mission, als sie aufrecht auf der Erde waren. Dies deutet darauf hin, dass Astronauten, die während des Raumflugs ihre Herz-Kreislauf-Fitness aufrechterhalten, sich möglicherweise an die schwächere Schwerkraft des Mars anpassen können, ohne größere Herz-Kreislauf-Probleme zu bekommen.
Obwohl die Studie eine kleine Stichprobengröße hat und Simulationen statt realer Marslandungsszenarien verwendet, liefert sie dennoch wertvolle Beweise für die zukünftige Missionsplanung. „Basierend auf unseren Erkenntnissen kann man nun davon ausgehen, dass Menschen zum Mars fliegen, erfolgreich auf dem Mars landen und Arbeiten auf der Marsoberfläche durchführen können.“ Sagte Thomas. (Hou Huijing)
Verwandte Papierinformationen:
https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.125.078665
Kommentare