Длительный полёт к Марсу создаёт серьёзную нагрузку на человеческий организм. На протяжении многих лет NASA и другие космические агентства опасались, что путь к Красной планете, занимающий от шести до девяти месяцев, может настолько негативно сказаться на анатомии человека, что пилотируемая миссия окажется под угрозой срыва ещё до её начала. Однако новое исследование, проведённое под руководством доктора Бенджамина Левина из Медицинского центра Юго-Западного университета Техаса и опубликованное в журнале Circulation, снижает уровень этой тревоги: при достаточной физической нагрузке в условиях низкой гравитации астронавты смогут работать на Марсе сразу по прибытии без серьёзных проблем с сердцем.
В невесомости сердце вынуждено функционировать иначе, чем на Земле. Вместо того чтобы преодолевать силу тяжести и качать кровь к мозгу и верхним конечностям, оно сталкивается с тем, что кровь сама приливает к этим областям. За длительное время сердце приспосабливается к более лёгким условиям, начинает сокращаться слабее, что приводит к изменениям в его структуре — главным образом к уменьшению размера. Уменьшившееся сердце делает астронавтов уязвимыми после возвращения на твёрдую поверхность планеты.
Если не принимать мер, сердце может сократиться настолько, что это вызовет низкое кровяное давление, снижение выносливости и в некоторых случаях обмороки — состояние, которое кардиологи называют «ортостатической непереносимостью». Если бы такое произошло с марсианскими астронавтами в момент высадки на Красную планету, миссия могла бы завершиться, не успев начаться. Учёные давно знают об этой проблеме, и специалисты по физическим упражнениям разработали строгий протокол, которого астронавты придерживаются, чтобы поддерживать работу сердца в условиях длительной невесомости.
Исследование, опубликованное в Circulation, было нацелено на отслеживание физических адаптаций сердца во время пребывания астронавта в космосе, чтобы понять, достаточно ли серьёзны сердечно-сосудистые изменения при наличии тренировок, чтобы повлиять на пилотируемую марсианскую миссию. Для наблюдения за состоянием сердца исследователи не ограничились проверками до и после полёта. Астронавты самостоятельно использовали специальное эхокардиографическое ультразвуковое оборудование, отслеживая изменения объёма сердца, кровотока и напряжения мышц. В наблюдениях участвовали 13 астронавтов — девять мужчин и четыре женщины. Каждый из них провёл в космосе не менее шести месяцев, и за время миссии их обследовали пять раз: на 14-й день, затем на 30-й, 75-й, 135-й и примерно за 15 дней до окончания пребывания на Международной космической станции (МКС). Ежедневно они тратили около двух часов на интенсивные физические упражнения — как кардиотренировки, так и силовые.
Исследователи также проверяли астронавтов, имитируя марсианскую гравитацию: они лежали на столе с наклоном 22 градуса, и учёные следили за силой их сердца в условиях, сопоставимых с гравитацией Марса. В результате выявилась чёткая картина адаптации и приспособления, показавшая, что астронавты должны быть готовы к встрече с Красной планетой при условии соблюдения режима тренировок. На ранних этапах полёта наблюдалось заметное снижение объёма как перекачиваемой сердцем крови, так и самого сердца. Исследователи связали это с сочетанием новой среды микрогравитации и относительно слабой физической нагрузки, поскольку астронавты только осваивались с требованиями миссии.
Со временем они вошли в более регулярный режим тренировок, и работа сердца начала возвращаться к норме. К концу пребывания на МКС астронавты практически вернулись к своему предполётному уровню сердечного здоровья. Они также оказались способны выдерживать земную гравитацию, которая создаёт для сердечно-сосудистой системы гораздо большую нагрузку, чем пониженная гравитация Марса. Для специалистов, планирующих пилотируемые высадки на Марс в 2030-х годах, эта работа снимает один из главных вопросов. Остаётся ещё множество других медицинских проблем — от радиации в глубоком космосе до потери зрения. Но, по крайней мере, астронавты могут быть уверены, что не потеряют сознание из-за сердечной недостаточности сразу после посадки на Красную планету — если, конечно, будут продолжать тренироваться.