Reakcje układu sercowo-naczyniowego na ćwiczenia nóg w warunkach zbliżonych do mikrograwitacji (STAMAS)

Jednym z głównych problemów eksploracji kosmosu jest negatywny wpływ długotrwałego narażenia na bardzo niską grawitację (tj. Stan często określany jako mikrograwitacja lub stan nieważkości) na zdrowie astronautów. W tym niezwykłym stanie organizm ludzki przechodzi proces adaptacyjny, często określany mianem „odtłuszczania”, który prowadzi do znacznej utraty masy kostnej i mięśniowej, zmian hormonalnych, a także modyfikacji ważnych parametrów sercowo-naczyniowych. O ile nowy stan fizjologiczny jest adekwatny do środowiska mikrograwitacji, to po powrocie na Ziemię okazuje się nieprzydatny. Stąd po misji astronauci doświadczają różnych problemów zdrowotnych i muszą przejść intensywny program rehabilitacji. Schorzenie układu sercowo-naczyniowego ma swoje źródło głównie w przemieszczaniu się krwi z kończyn dolnych do górnych partii ciała, spowodowane brakiem grawitacji. W dłuższej perspektywie (tj. dni) powoduje to utratę krwi i płynów ustrojowych. W krótkim okresie (tj. minut) wywołuje modyfikacje ciśnienia tętniczego krwi i częstości akcji serca.

W tym badaniu, finansowanym przez Unię Europejską w ramach projektu STAMAS, zamierzamy ocenić, czy ćwiczenia fizyczne nóg mogą prowadzić do przemieszczenia krwi w kierunku kończyn dolnych, a tym samym złagodzić przemieszczanie się płynu w górę spowodowane stanem nieważkości. Mówiąc bardziej ogólnie, naszym celem jest zbadanie krótkoterminowej odpowiedzi układu sercowo-naczyniowego na ćwiczenia nóg w warunkach zbliżonych do mikrograwitacji. Po dokładnym zrozumieniu tych zjawisk opracujemy kontroler, który monitorując fizjologiczne spojrzenie badanego, obliczy odpowiedni reżim ćwiczeń, aby ustabilizować parametry sercowo-naczyniowe do pożądanych bezpiecznych wartości. Nasz wkład zapewni lepsze zrozumienie układu sercowo-naczyniowego i nakreśli fizjologiczne podstawy do opracowania nowatorskich urządzeń przeciwdziałających wyniszczeniu układu sercowo-naczyniowego podczas lotów kosmicznych w oparciu o ciągłe ćwiczenia nóg.

Protokół, który proponujemy w tym dokumencie, stwarza minimalne ryzyko dla naszych potencjalnych pacjentów, a jednocześnie może wnieść istotny wkład. Parametry sercowo-naczyniowe, które zamierzamy analizować to: ciśnienie krwi, tętno i objętość krwi w nogach. Sygnały te będą pozyskiwane w sposób nieinwazyjny i przy minimalnym ryzyku. Ćwiczenia nóg będą wykonywane na stepperze (MARCOS) opracowanym wcześniej w naszym Laboratorium. MARCOS umożliwia zróżnicowanie oporu stosowanego podczas ruchów prostowania kolana, a tym samym pozwala na systematyczną ocenę różnych intensywności ćwiczeń. Wreszcie, warunki mikrograwitacji można łatwo naśladować, pozwalając badanym położyć się na przechylonej platformie z głową w dół (tj. leżenie głową w dół – HDBR lub pochylanie głową w dół – HDT) podczas sesji ćwiczeń, indukując w ten sposób przemieszczanie się płynów ustrojowych w kierunku klatki piersiowej. Okazało się, że najbardziej efektywny kąt nachylenia wynosi zaledwie -6°, co stanowi jedynie minimalne ryzyko dla badanych. W praktyce badani będą wygodnie leżeć na ujemnie nachylonej platformie i wykonywać kroki z różną intensywnością, podczas gdy ich parametry sercowo-naczyniowe są monitorowane i zapisywane w zaszyfrowanej formie do późniejszej analizy.