요약:
화성 여행은 한때 과학자들이 두려워했던 것만큼 인간의 마음에 도전이 되지 않을 수도 있습니다. 한 연구에 따르면 우주비행사들은 수개월 간의 무중력 상태에 잘 적응하는 것으로 나타났습니다. 오늘 Circulation에 발표된 이 연구는 인간이 화성으로의 우주 여행을 견딜 수 있고 약한 중력에서도 정상적으로 기능할 수 있다는 고무적인 증거를 제공합니다.
이 연구에서 과학자들은 국제 우주 정거장에서 약 6개월을 보낸 우주비행사 13명의 심장 상태를 모니터링했습니다. 연구 결과, 우주 비행은 처음에는 심장 기능에 영향을 주지만 우주비행사는 점차 환경에 적응하며 매일의 고강도 운동이 심혈관 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다.
무중력 상태와 중력 환경으로의 복귀는 모두 인체에 문제를 가져올 것이기 때문에 미국 항공우주국(NASA)은 중력이 지구의 약 38%에 불과한 화성 우주 공간의 미세 중력 환경에 우주비행사의 심장과 순환계가 적응할 수 있을지 고민하고 있습니다.
지구에서는 심장이 중력에 맞서 혈액을 계속 펌프질해야 하며 근육은 체중을 지탱해야 합니다. 우주에서는 이러한 부하가 크게 줄어들고 시간이 지남에 따라 근육은 물론 심장까지 위축됩니다. 그러나 중력 환경으로 돌아온 후 혈액은 하체로 끌려갑니다. 착륙 후 우주비행사들은 현기증, 눈이 어두워지고 혈압이 갑자기 떨어지는 증상을 자주 경험합니다. 이를 기립성 저혈압이라고 합니다. 그러나 연구에 참여한 우주 비행사들은 일반적으로 새로운 중력 환경에 잘 적응했습니다. 아마도 임무 내내 계속된 강렬한 운동 프로그램 덕분일 것입니다.
NASA의 '운동 대책' 프로그램의 일환으로 우주 비행사들은 하루 최대 2시간 동안 운동을 합니다. 훈련에는 심혈관계를 강화하기 위한 30~45분의 지구력 훈련과 근육량과 근력을 유지하기 위한 60~75분의 저항 훈련이 포함됩니다. 논문의 저자이자 노스웨스턴 대학교 파인버그 의과대학 제임스 토마스(James Thomas)는 다음과 같이 설명했습니다. "무중력 환경에서는 발을 살짝 두드리는 것만으로 미끄러져 동료들에게 인사할 수 있습니다. 운동량이 줄어들기 때문에 근육과 심장의 질량이 감소하게 됩니다. 이를 방지하려면 우주 운동이 중요합니다."
장기간의 우주 비행 중 심장에 어떤 일이 일어나는지 이해하기 위해 연구원들은 각 우주비행사의 임무 전, 임무 중, 임무 후에 심장초음파를 수집했습니다. 초음파 스캔은 음파를 사용하여 심장의 역동적인 이미지를 생성하므로 의료진이 심장의 구조를 검사하고 펌핑 효율을 측정할 수 있습니다. 몇 주에 한 번씩 국제 우주 정거장의 우주비행사들은 서로의 마음을 스캔하고 그 기록을 지구로 다시 전송합니다. 연구자들은 연구 전반에 걸쳐 심장 기능의 변화를 모니터링했습니다. Thomas는 텍사스 대학교 사우스웨스턴 메디컬 센터의 Benjamin Levine 및 휴스턴에 있는 텍사스 대학교 건강 과학 센터의 McGovern 의과 대학의 Michael Bungo와 공동으로 연구를 수행했습니다.
스캔 결과, 우주비행사의 심장은 처음에는 우주 환경에 적응하는 데 어려움을 겪는 것으로 나타났습니다. 우주 비행 후 첫 2주 동안 연구자들은 심장 충전량, 박출량 및 기타 심혈관 기능 측정치의 감소를 관찰했습니다. 심장 충전량은 심장 박동 사이에 심장으로 유입되는 혈액의 양을 의미하며, 박동량은 각 수축 시 심장에서 펌핑되는 혈액의 양을 나타냅니다. 두 측정값 모두 임무 초기에 감소했는데, 이는 우주비행사의 심장이 일시적으로 각 박동마다 더 적은 양의 혈액을 펌핑하고 있음을 나타냅니다.
그러나 우주비행사가 장기간 우주에 머물면서 심혈관계는 점차 적응하게 됩니다. 심장 충전량과 박출량이 점차 개선되어 결국 출시 전 수준에 가까워졌습니다. 이러한 결과는 특히 우주비행사가 규칙적인 신체 활동을 유지하는 경우 심장이 이전 측정에서 제안된 것보다 장기적인 무중력 상태에 더 잘 적응할 수 있음을 시사합니다.
또한 연구원들은 향후 화성 탐사에 중요한 질문에 답하고 싶었습니다. 무중력 상태에서 몇 달을 보낸 우주비행사가 갑자기 중력으로 돌아오면 어떤 일이 일어날까요? 화성 표면의 중력은 지구보다 훨씬 약하지만, 우주비행사의 심장이 작동하는 방식은 몇 달 동안 우주에 떠 있는 후에도 여전히 변할 것입니다. 이러한 효과를 재현하기 위해 연구자들은 우주비행사가 지구로 돌아온 후 시뮬레이션된 화성 중력 테스트를 수행했습니다.
테스트 동안 각 우주비행사는 화성의 중력이 순환계에 미치는 영향을 시뮬레이션하기 위해 누워 있는 자세에서 위쪽으로 22도 기울어 혈액이 하체로 흐르도록 했습니다. 테스트 결과는 고무적이었습니다. 우주에서 약 6개월을 보낸 후 우주비행사의 심장은 임무 전 지구에 똑바로 서 있을 때와 마찬가지로 시뮬레이션된 화성 중력에서도 똑같이 잘 작동했습니다. 이는 우주 비행 중에 심혈관 건강을 유지하는 우주비행사가 심각한 심혈관 문제를 겪지 않고 화성의 약한 중력에 적응할 수 있음을 시사합니다.
이 연구는 표본 크기가 작고 실제 화성 착륙 시나리오가 아닌 시뮬레이션을 사용하지만 여전히 향후 임무 계획에 대한 귀중한 증거를 제공합니다. "우리의 연구 결과에 따르면 이제 인간이 화성으로 날아가 화성에 성공적으로 착륙하고 화성 표면에서 작업을 수행할 수 있다고 믿는 것이 합리적입니다." 토마스가 말했다. (허우휘징)
관련 논문 정보:
https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.125.078665
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