Проблемы с сердечным ритмом во время космического полета - Cardiac rhythm problems during space flight

У космонавтов наблюдались нарушения сердечного ритма . Большинство из них были связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями , но неясно, было ли это связано с ранее существовавшими условиями или последствиями космического полета . Есть надежда, что расширенный скрининг на ишемическую болезнь сердца значительно снизил этот риск. Другие проблемы с сердечным ритмом, такие как фибрилляция предсердий , могут развиваться со временем, что требует периодической проверки сердечного ритма членов экипажа. Помимо этих наземных сердечных рисков, существуют некоторые опасения, что длительное воздействие микрогравитации может привести к нарушениям сердечного ритма. Хотя до настоящего времени этого не наблюдалось, необходимы дальнейшие наблюдения.

Частота и клиническое значение сердечных аритмий во время длительного воздействия микрогравитации на Международной космической станции (МКС) или во время длительного (то есть до 3 лет) пребывания на Марсе или Луне вызывают озабоченность у национальных властей. Управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) . В настоящее время имеются только отдельные сообщения о сердечных аритмиях в космосе, включая один задокументированный эпизод неустойчивой желудочковой тахикардии . Тем не менее, потенциальная катастрофическая природа внезапной сердечной смерти в отдаленных, но широко распространенных условиях космических полетов привела к постоянному беспокойству с первых дней космической программы по поводу возможности того, что космический полет может быть аритмогенным. Действительно, есть известные и четко выраженные изменения в сердечно-сосудистой системе при космическом полете:

1. объем плазмы снижен;
2. масса левого желудочка уменьшилась;
3. вегетативная нервная система адаптируется к условиям микрогравитации.

В совокупности эти физиологические адаптации предполагают, что изменения в структуре сердца и нейрогуморальной среде во время космического полета могут изменить электрическую проводимость, хотя доказательства, подтверждающие это утверждение, состоят в основном из незначительных изменений интервала QT у небольшого числа астронавтов после длительного космического полета. Одновременно с усилиями Flight Medicine по совершенствованию методов проверки, поскольку НАСА вступает в эру миссий исследовательского класса, будет критически важно определить с высочайшей степенью уверенности, изменяет ли космический полет сам по себе структуру и функцию сердца в достаточной степени, чтобы увеличить риск аритмий. . Это обязательство должно осуществляться на очень систематической основе.

Вступление

В настоящее время мало доказательств того, что адаптация сердечно-сосудистой системы к микрогравитации или космическому полету увеличивает восприимчивость к опасным для жизни аритмиям у космонавтов. С клинической точки зрения, согласно «биологической модели» внезапной сердечной смерти, следует рассматривать как субстрат, так и пусковой механизм аритмий, чтобы определить, может ли длительный космический полет привести к повышенному риску внезапной смерти. В этой модели структурные аномалии взаимодействуют с функциональными изменениями, такими как упражнения, электролитные нарушения или нейрогуморальная модуляция, чтобы создать среду, в которой могут возникать и / или поддерживаться аритмии. У пациентов с ишемической болезнью сердца субстрат ясен: инфаркт миокарда (ИМ) и / или рубец, ведущий к очаговым областям с замедленной проводимостью, что является необходимым условием для повторного входа. Для пациентов с очевидно нормальной функцией желудочков потенциальный субстрат менее определен. Фактически, повторный вход часто не является механизмом развития аритмии в этих клинических случаях: аритмии могут быть вызваны отсроченной постдеполяризацией, а запускаемая активность может опосредоваться катехоламинами. Опубликованный отчет о неустойчивой желудочковой тахикардии во время длительного космического полета поддерживает эту гипотезу в том смысле, что возникновение тахикардии в результате позднего диастолического преждевременного сокращения желудочков (ЖЭ) больше согласуется с триггерной активностью, чем с повторным входом.

Хотя нет окончательных данных, показывающих, что длительные космические полеты связаны с сердечными аритмиями, есть данные наблюдений, которые документировались в течение многих лет, которые наводят на мысль об изменениях сердечной электрической активности во время длительных полетов. Например, во время «Скайлэба» все 9 американских членов экипажа демонстрировали нарушение ритма в той или иной форме. Большинство этих нарушений ритма состояли из одиночных ЖЭ и были клинически незначительными. Однако один член экипажа испытал 5-кратную желудочковую тахикардию во время протокола отрицательного давления в нижней части тела, а у другого были периоды «блуждающего наджелудочкового кардиостимулятора» во время отдыха и после тренировки. Совсем недавно было показано, что скорректированный интервал QT (QTc), маркер реполяризации желудочков, немного удлинялся у небольшого числа космонавтов после длительного космического полета. Полетный холтеровский мониторинг во время этих космических полетов не проводился. Таким образом, неизвестно, было ли это удлинение связано с какими-либо известными аритмиями. Холтеровский мониторинг в полете проводился в раннюю эру космических челноков.

Практически не было зарегистрировано никаких изменений аритмий в полетах продолжительностью от 4 до 16 дней как во время операций внутри корабля, так и вне его по сравнению с предполетными измерениями. Действительно, в этих исследованиях частота аритмий могла действительно снижаться в полете, хотя повседневная изменчивость этих аритмий, которая, как известно, довольно велика, количественно не оценивалась. Однако на борту космической станции «Мир» были обнаружены ЖЭ, которых не было перед полетом, и задокументирована 14-кратная желудочковая тахикардия.

Совсем недавно было выявлено несколько состояний, которые могут предрасполагать членов экипажа к аритмиям. D'Aunno et al. обнаружили, что после длительных миссий интервалы QTc немного удлиняются у членов экипажа, у которых не было продолжительных интервалов QTc после их кратковременных полетов на космическом шаттле, а несколько исследователей обнаружили уменьшение массы левого желудочка после космического полета.

Все эти открытия вызывают опасения, что нарушения сердечного ритма могут стать проблемой во время длительных служебных командировок в полете, запланированных для МКС и межпланетных миссий. Степень, в которой космический полет и его многие переменные могут считаться аритмогенными, не ясна, но возможность серьезных нарушений сердечного ритма во время космического полета вызывает озабоченность НАСА.

Свидетельства космического полета

Систематических исследований аритмогенного потенциала длительных космических полетов не проводилось, только два исследования краткосрочных космических полетов. Однако был опубликован ряд отчетов с подробным описанием аритмий в полете. Таблица 1 включает краткое изложение некоторых из этих отчетов.

Легуай и Сеньорик также составили некоторые отчеты о космических полетах с экипажем до появления шаттлов. Некоторые из этих отчетов кратко описаны ниже.

Один член экипажа во время «Аполлона-15» испытал узловой бигеминальный ритм с 22 ударами, за которым последовали преждевременные предсердные сокращения. Этот член экипажа сообщил о крайней усталости во время инцидента, но только в ответ на вопросы хирургов экипажа; таким образом, он не был достаточно серьезным, чтобы повлиять на миссию. Двадцать один месяц спустя член экипажа страдал от ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда без значительных изменений ЭКГ.

В миссиях Skylab было зарегистрировано несколько случаев желудочковых ЖЭ, наджелудочковых ЖЭ и узловых аритмий. Аритмии возникали во время тестов на нагрузку, выходов в открытый космос, сеансов отрицательного давления в нижней части тела и на протяжении всей миссии. Они включали два последовательных ЖЭ у одного астронавта во время тренировки и эпизод атриовентрикулярной диссоциации, которому предшествовала синусовая брадикардия у двух астронавтов.

Кроме того, с помощью холтеровского мониторирования на борту «Мир» был зарегистрирован единичный случай неустойчивой желудочковой тахикардии с 14 ударами (рис. 1) с максимальной частотой сердечных сокращений 215 ударов в минуту. Хотя этот случай не является частью систематического научного исследования, он предоставляет дополнительные доказательства аритмий во время длительного космического полета.

Рис. 1. Запись неустойчивой тахикардии у члена экипажа "Мира".

Систематические исследования нарушений сердечного ритма проводились во время непродолжительных космических полетов. Эти исследования были проведены в ответ на медицинские отчеты об аритмиях, имевших место у 9–14 астронавтов космического корабля в открытом космосе в период с 1983 по 1985 годы. Rossum et al. использовала 24-часовые записи Холтера, полученные во время и после работы в высотной камере, за 30 дней до запуска, во время и после каждого выполненного выхода в открытый космос и по возвращении на Землю. Исследователи не наблюдали изменений в количестве преждевременных сокращений желудочков или преждевременных сокращений предсердий в час во время полета по сравнению с предполетным или послеполетным (рис. 2). Точно так же аритмии не наблюдались Fritsch-Yelle et al. 12 космонавтов прошли обучение до, во время и после 6 полетов космических кораблей. Учитывая тот факт, что эти данные не согласовывались с предыдущими отчетами, исследователи предположили, что необходимы дальнейшие исследования.

Рис. 2. Количество преждевременных сокращений желудочков и предсердий до, во время и после космического полета.

Неизвестно, может ли длительное воздействие микрогравитации вызвать сердечную аритмию. Основываясь на наблюдениях и клинической оценке, медицинский персонал предположил, что некоторые из этих инцидентов были связаны с ранее существовавшей недиагностированной ишемической болезнью сердца. Для сокращения таких случаев в будущем были добавлены дополнительные скрининговые тесты перед отбором бригады, включая подсчет кальция.

Способствующие факторы

Масса левого желудочка

Рисунок 3. Масса левого желудочка до и после космического полета. Линии представляют отдельных членов экипажа, а кружки с полосами погрешностей представляют среднее значение.

Последние данные свидетельствуют о том, что развитие апоптоза или «запрограммированной гибели клеток» в ответ на патологические, физиологические и / или генетические сигналы может быть ключевым фактором развития, вызывающим аритмию сердца. Например, апоптоз, связанный с атрофией и замещением фиброфатии ткани правого желудочка, был идентифицирован как вероятный механизм развития аритмии при аритмогенной дисплазии правого желудочка, состоянии, которое может привести к внезапной смерти у здоровых молодых людей.

В двух публикациях сообщается об уменьшении массы левого желудочка после непродолжительного космического полета. В одной из этих публикаций использовалась МРТ сердца, которая показала уменьшение массы левого желудочка в день посадки; однако данные расширенного восстановления не были получены (рис. 3). В другой публикации использовалась эхокардиография, которая показала аналогичное уменьшение массы в день приземления с полным восстановлением через 3 дня после приземления.

Рис. 4. Масса левого желудочка до и после непродолжительного космического полета [на основе (8), n = 38]. * = P ≤ 0,05.

Неопубликованные данные (также измеренные с помощью ультразвука) показывают уменьшение массы левого желудочка после 6-месячных миссий на борту МКС. Это снижение вдвое больше, чем наблюдается после коротких полетов, и полностью не восстанавливается к третьему дню после приземления (рис. 5).

Рис. 5. Масса левого желудочка до и после длительного космического полета.

Есть некоторые разногласия по поводу механизма уменьшения массы, особенно после непродолжительных миссий. Хотя есть доказательства, подтверждающие идею о том, что обезвоживание тканей способствует потере массы после непродолжительных космических полетов, есть данные исследований постельного режима, показывающие, что уменьшение массы можно предотвратить с помощью упражнений и / или контрмер с питанием. Однако есть согласие, что большая потеря массы при длительном полете, скорее всего, связана с атрофией.

Удлинение интервала QT

Интервал QT является мерой суммарной продолжительности деполяризации желудочков (QRS) и реполяризации (зубца T). Комплекс QRS обычно имеет фиксированную продолжительность у здоровых людей и не изменяется во время длительного космического полета. Таким образом, изменения продолжительности QT представляют собой изменения реполяризации желудочков. Интервал QT на поверхностной ЭКГ представляет собой пространственную и временную сумму всех сердечных клеточных потенциалов действия. Не все клетки сердца имеют одинаковые потенциалы действия; следовательно, существует определенная степень изменчивости или неоднородности во времени их реполяризации. Степень неоднородности во время реполяризации напрямую коррелирует с общей морфологией формы волны QT (в первую очередь зубца T) и в большинстве случаев с продолжительностью интервала QT. Установлена ​​четкая связь между величиной неоднородности реполяризации и риском развития желудочковых аритмий.

Интервал QT часто корректируется с учетом частоты сердечных сокращений и отображается как QTc. Некоторыми состояниями, которые могут удлинять интервал QTc, являются ишемическая болезнь сердца, вегетативная дисфункция, брадикардия, электролитные нарушения, ремоделирование сердца и лекарства от обезвоживания, которые влияют на сердечные ионные каналы калия. Какие из этих факторов наблюдаются у космонавтов-долгожителей?

• Во-первых, известно, что у космонавтов развиваются изменения в вегетативной нервной системе.
• Во-вторых, во время длительных полетов у астронавтов наблюдается относительная брадикардия по сравнению с астронавтами в краткосрочных полетах.
• В-третьих, есть свидетельства ремоделирования сердца после длительного полета, как показано на рисунке 5.
• В-четвертых, на борту МКС астронавтам доступны лекарства, удлиняющие интервал QTc, в том числе ципрофлоксацин, галдол, индерал, верапамил, зитромакс, золофт® и нортриптилин.

Среда, созданная комбинацией перечисленных выше факторов, может вызвать или усугубить удлинение интервала QT.

Само по себе удлинение интервала QTc не гарантирует увеличения желудочковых аритмий. Например, сон, гипотиреоз и использование антиаритмического препарата амиодарон удлиняют QTc без увеличения частоты желудочковых аритмий. Возможно, что космический полет представляет собой аналогичную ситуацию. Однако в настоящее время это определение невозможно сделать из-за отсутствия данных. Следовательно, данные необходимо собирать.

Основанные на земле доказательства

В целом у субъектов, участвующих в исследованиях постельного режима, не наблюдается увеличения эктопии желудочков, хотя многочисленные исследования показали уменьшение массы и / или объема левого желудочка. Было показано, что во время постельного режима масса левого желудочка уменьшается на восемь процентов через 6 недель, что, как считалось, связано со снижением физиологической нагрузки.

Наземные исследования на животных также использовались для определения воздействия микрогравитации на сердечно-сосудистую систему. Тахикардия наблюдалась у стоящих крыс после разгрузки задних конечностей в течение 28 дней. Тенденция к снижению сердечной массы также была задокументирована в исследованиях крыс с подвешенными задними конечностями. Однако гемодинамика у людей отличается от гемодинамики у четвероногих; таким образом, крыса - не самая подходящая модель для изучения влияния микрогравитации на адаптацию сердечно-сосудистой системы.

Информация о компьютерном моделировании

Системный анализ с использованием компьютерной модели физиологии человека, разработанной в Медицинском центре Университета Миссисипи, также предсказывает потерю массы левого желудочка после кратковременного космического полета. Согласно прогнозам модели, уменьшение массы левого желудочка, наблюдаемое после кратковременного воздействия микрогравитации, может быть результатом сокращения пространства интерстициальной жидкости миокарда, вторичного к потере объема плазмы (см. Рисунок 6).

Рис. 6. Прогнозы модели интерстициальной жидкости миокарда перед полетом, в день приземления и после дня приземления.

Обнаружение удлинения интервала QT у астронавтов вызывает озабоченность с точки зрения клинических операций. Такое продление было зарегистрировано несколько раз, но неясно, имеют ли эти результаты какое-либо клиническое значение или предвещают риск.

Риск в контексте сценариев работы геологоразведочных миссий

Нарушения сердечного ритма могут поставить под угрозу цели миссии и, в крайнем случае, жизнь членов экипажа. В худшем случае - опасная для жизни аритмия во время миссии по исследованию Марса, когда возвращение на Землю займет месяцы. В этих условиях другим членам экипажа потребуется лечить пострадавшего члена экипажа с помощью ограниченных запасов, имеющихся на космическом корабле.

Пробелы

Данные достаточно убедительны, чтобы исключить этот риск до тех пор, пока на МКС не будет проведена систематическая оценка структуры и функции сердца. Это считается высокоприоритетным мероприятием.

Выводы

Очень мало исследований систематически оценивали распространенность (или потенциальный риск) сердечной аритмии во время космического полета. Есть несколько наблюдательных отчетов об аритмии, не представляющей опасности для жизни, но потенциально связанной с ней. Сообщалось как минимум о двух потенциальных факторах риска аритмий во время или сразу после космического полета: сердечная атрофия и удлиненный интервал QTc. Потенциальная серьезность воздействия на миссию серьезной аритмии требует систематической оценки риска аритмии из-за космического полета.

Смотрите также

• Исследования НАСА на МКС
• Исследование ESA на ISS - Сердечно-сосудистая функция
• Абляция - космический полет
• МАРС-500 - Сердечные эксперименты

Акронимы и Аббревиатуры

Рекомендации

Внешние ссылки

• Последствия длительного космического полета для здоровья сердечно-сосудистой системы (сосудистые)
• Сердечно-сосудистая регуляция во время длительных космических полетов к Международной космической станции
• Сердечно-сосудистые эффекты космического полета - презентация

 В эту статью вошли материалы, являющиеся  общественным достоянием, из документа Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства : «Здоровье человека и риски при выполнении космических миссий» (PDF) . (НАСА SP-2009-3405)