来自西北医学、德克萨斯大学西南医学中心和德克萨斯大学休斯顿分校的研究人员监测了13名在国际空间站上度过约六个月的宇航员的心脏。他们的研究结果表明，尽管太空飞行最初影响了心脏功能，但宇航员逐渐适应了这一环境，其中高强度的日常锻炼在维持其心血管健康方面发挥了重要作用。
美国国家航空航天局（NASA）对于将人类送往火星的主要担忧之一是，当宇航员离开太空飞行的失重状态（称为微重力）并遭遇仅约为地球重力三分之一的火星重力时，其心脏和循环系统将如何反应。
令人鼓舞的是，研究人员发现，宇航员在返回地球后暴露于模拟火星重力环境时，并未表现出明显的心血管负荷迹象。
“根据我们的研究结果，现在有理由认为我们能够前往火星，抵达那里并真正在火星表面开展工作，”该研究的资深作者、西北大学范伯格医学院心脏病学科医学教授詹姆斯·托马斯博士表示。
这项上个月发表在《循环》期刊上的研究，是首个探讨心脏在长时间太空停留后对模拟火星重力如何反应的研究。
日常锻炼如何在太空中保护宇航员的心脏
在无重力环境下生活给人体带来了不同寻常的挑战。在地球上，心脏需要持续克服重力来循环血液，而肌肉必须支撑身体的重量。在太空中，这些需求大幅减少，使得肌肉甚至心脏本身随着时间推移而萎缩。
重新返回重力环境也可能十分困难。以往任务中的宇航员在着陆后站立时，经常会经历头晕或目眩。这是因为重力将血液拉向下肢，有时会导致血压突然下降。这种情况被称为直立性低血压。（如果您看过桑德拉·布洛克在《地心引力》中返回地球后爬行的场景，就能体会这种情况。）
然而，参与这项新研究的宇航员通常能很好地应对这种过渡，这可能是因为他们在整个任务期间都保持了高强度的锻炼计划。
作为NASA运动对抗措施计划的一部分，宇航员每天锻炼长达两小时。他们的日常锻炼包括30至45分钟的耐力训练（用于强化心血管系统），以及60至75分钟的阻力训练（用于帮助保持肌肉质量和力量）。
“当您处于失重环境中时，您的肌肉质量和心脏质量都会流失，因为您在那里的负荷减少了，”同时担任西北医学心脏病专家的托马斯解释道。“您在空中漂浮，用脚轻轻一点，就可以滑过去和同伴打招呼。”
“为了对抗这种情况，在太空中锻炼是至关重要的，”托马斯补充道。
心脏扫描揭示身体如何适应失重状态
为了了解心脏在长时间太空飞行期间的变化，研究人员在每位宇航员任务之前、期间和之后收集了超声心动图。这些超声波扫描利用声波生成心脏的运动图像，使医生能够检查其结构并测量其泵血的效率。
在国际空间站上，宇航员接受了培训，每隔几周互相进行这些扫描。录音被传输到地球，研究人员可以在整个任务过程中监测心脏功能的变化。
托马斯与德克萨斯大学西南医学中心的本杰明·莱文博士以及德克萨斯大学休斯顿健康科学中心麦戈文医学院的迈克尔·邦戈博士共同开展了这项研究。
“对我来说，这通常大约是凌晨3点，因为空间站采用的是格林尼治标准时间，”托马斯说。“我会实时观看传回的录像，并实时指导宇航员以改善图像质量。”
扫描结果显示，宇航员的心脏最初难以适应新环境。在太空的前两周，研究人员观察到心脏充盈量、每搏输出量以及心血管功能的其他几项指标均有所下降。
心脏充盈量是指两次心跳之间有多少血液进入心脏，而每搏输出量是指每次收缩时泵出的血液量。在任务早期，这两项测量值均有所下降，表明宇航员的心脏每次跳动时暂时泵出的血液量减少了。
但这些变化并未持续。
随着宇航员在太空中停留时间的增加，其心血管系统逐渐适应。心脏充盈量和每搏输出量逐步改善，接近发射前记录的水平。
这些结果表明，心脏对长时间失重的适应能力可能比早期测量值所显示的更为有效，特别是当宇航员保持规律的身体活动时。
宇航员心脏通过模拟火星重力测试
研究人员还希望回答一个对未来火星任务尤为关键的问题：当在失重状态下度过数月的宇航员突然再次遭遇重力时，会发生什么？
火星的地表重力大约为地球的38%。尽管这比人们在地球上体验到的重力要弱得多，但在太空中漂浮数月后，它仍会迫使宇航员的心脏以不同的方式工作。
为了重现其中一些影响，研究人员在宇航员返回地球后进行了模拟火星重力测试。
每位宇航员从平躺姿势向上倾斜22度。这一姿势导致血液向下肢转移，近似模拟了火星重力对循环系统的影响。
结果令人鼓舞。在太空中度过约六个月后，宇航员的心脏在模拟火星重力下的表现，与他们在任务前于地球上直立时一样出色。
这表明，在太空飞行期间保持心血管健康的宇航员，可能能够过渡到火星较弱的引力环境，而不会出现严重的心血管困难。
尽管这些发现来自相对较小的宇航员群体，且基于模拟而非实际的火星着陆，但它们为规划未来的任务提供了有价值的证据。
结合日常锻炼的益处，心脏对失重状态的适应能力以及对模拟火星重力的良好反应，为将人类送往这颗红色星球提供了另一个乐观的理由。
该研究题为《长时间太空飞行对心脏结构与功能的影响：一项探索性纵向观察研究》。资金由国家空间生物医学研究所（资助号NCC9-58）、NASA（资助号NNJ04HH01A）、IDP基金会、桑德拉·赫尔顿以及澳大利亚国家心脏基金会提供。