Hjärtrytmproblem under rymdfärd
Hjärtrytmrubbningar har setts bland astronauter. De flesta av dessa har varit relaterade till hjärt-kärlsjukdom , men det är inte klart om detta berodde på redan existerande förhållanden eller effekter av rymdflygning . Förhoppningen är att avancerad screening för kranskärlssjukdom i hög grad har mildrat denna risk. Andra hjärtrytmproblem, såsom förmaksflimmer, kan utvecklas med tiden, vilket kräver periodisk screening av besättningsmedlemmarnas hjärtrytmer. Utöver dessa terrestriska hjärtrisker finns det viss oro för att långvarig exponering för mikrogravitation kan leda till hjärtrytmstörningar. Även om detta inte har observerats hittills är ytterligare övervakning motiverad.
Incidensen och den kliniska betydelsen av hjärtarytmier under långvarig exponering för mikrogravitation som upplevs på den internationella rymdstationen (ISS) eller under en långvarig (det vill säga upp till 3 år) vistelse på Mars eller på månen är ett problem för National Aeronautics and Space Administration (NASA) . För närvarande finns det bara anekdotiska rapporter om hjärtarytmier i rymden, inklusive en dokumenterad episod av icke-upprätthållen ventrikulär takykardi . Emellertid har den potentiella katastrofala karaktären av en plötslig hjärtdöd i den avlägsna, men mycket offentliga, miljön för rymdflygning lett till fortsatt oro sedan rymdprogrammets tidiga dagar över möjligheten att rymdflygning kan vara arytmogen. Det finns faktiskt kända och väldefinierade förändringar i det kardiovaskulära systemet med rymdflygning:
- plasmavolymen minskar;
- vänster ventrikulär massa i minskad;
- det autonoma nervsystemet anpassar sig till mikrogravitationsmiljön.
Tillsammans antyder dessa fysiologiska anpassningar att förändringar i hjärtstrukturen och neurohumoral miljö under rymdflygning kan förändra elektrisk ledning, även om bevisen som stöder detta påstående mestadels består av mindre förändringar i QT-intervallet hos ett litet antal astronauter efter långvarig rymdflygning. Parallellt med Flight Medicines ansträngningar för att förbättra screeningsteknikerna, när NASA går in i en era av utforskningsklassuppdrag, kommer det att vara avgörande att med högsta grad av säkerhet fastställa om rymdflyg i sig förändrar hjärtstrukturen och fungerar tillräckligt för att öka risken för arytmier . Detta åtagande måste göras på ett mycket systematiskt sätt.
Introduktion
För närvarande finns det få bevis som tyder på att kardiovaskulär anpassning till mikrogravitation eller rymdflygning ökar känsligheten för livshotande arytmier hos astronauter. Ur ett kliniskt perspektiv, enligt den ”biologiska modellen” för plötslig hjärtdöd, bör både substratet och triggern för arytmier övervägas för att avgöra om långvarig rymdflygning kan leda till en ökad risk för plötslig död. I denna modell interagerar strukturella abnormiteter med funktionella förändringar, såsom träning, elektrolytstörningar eller neurohumoral modulering, för att skapa en miljö där arytmier kan initieras och/eller upprätthållas. Hos patienter med kranskärlssjukdom är substratet klart: en hjärtinfarkt (MI) och/eller ärr som leder till fokalområden med långsam överledning, ett nödvändigt villkor för återinträde. För patienter med till synes normal ventrikulär funktion är det potentiella substratet mindre säkert. Faktum är att återinträde ofta inte är mekanismen för utveckling av arytmi i dessa kliniska fall: arytmierna kan orsakas av fördröjda efterdepolariseringar, och den utlösta aktiviteten kan medieras via katekolaminer. Den publicerade rapporten om icke ihållande ventrikulär takykardi under långvarig rymdflygning stöder denna hypotes, i det att initiering av takykardi av en sen diastolisk prematur ventrikulär kontraktion (PVC) är mer förenlig med utlöst aktivitet än med återinträde.
Även om det inte finns några definitiva data som visar att långvarig rymdflygning är associerad med hjärtarytmier, finns det observationsdata som har dokumenterats under många år som tyder på elektriska förändringar i hjärtat under långa flygningar. Till exempel, under Skylab, uppvisade alla 9 amerikanska besättningsmedlemmar någon form av rytmstörningar. De flesta av dessa rytmstörningar bestod av enstaka PVC och var kliniskt obetydliga. En besättningsmedlem upplevde dock en 5-takts körning av ventrikulär takykardi under ett underkroppstryckprotokoll, och en annan hade perioder av "vandrande supraventrikulär pacemaker" under vila och efter träning. På senare tid har det visats att det korrigerade QT-intervallet (QTc), en markör för ventrikulär repolarisering, förlängdes något hos ett litet antal astronauter efter långvarig rymdflygning. Holterövervakning under flygning utfördes inte under dessa rymdflygningar. Det är således inte känt om denna förlängning var associerad med några kända arytmier. Övervakning av Holter under flygning utfördes under den tidiga rymdfärjans era.
Praktiskt taget inga förändringar i arytmier dokumenterades vid flygningar på 4 till 16 dagar under vare sig intravehikulära eller extravehikulära operationer jämfört med mätningar före flygning. Faktum är att i dessa studier kan frekvensen av arytmier faktiskt ha minskat under flygningen, även om den dagliga variationen av dessa arytmier, som är känd för att vara ganska bred, inte kvantifierades. Men ombord på rymdstationen Mir upptäcktes PVC som inte fanns före flygningen och en 14-takts körning av ventrikulär takykardi dokumenterades.
På senare tid har flera tillstånd som kan predisponera besättningsmedlemmar för arytmier identifierats. D'Aunno et al. fann att QTc-intervallen efter långvariga uppdrag är något förlängda hos besättningsmedlemmar som inte hade förlängda QTc-intervall efter sina kortvariga rymdfärjeflygningar, och flera utredare har funnit minskningar i vänsterkammarmassa efter rymdflygning.
Alla dessa fynd ger upphov till oro för att hjärtrytmrubbningar kan bli ett problem under de långa tjänstgöringsrundorna ombord som planeras för ISS och interplanetära uppdrag. I vilken grad rymdflygning och dess många variabler kan anses vara arytmogena är inte klarlagt, men möjligheten att allvarliga hjärtrytmrubbningar kan uppstå under rymdfärd är ett bekymmer för NASA.
Bevis för rymdfärd
Det har inte gjorts några systematiska studier av den arytmogena potentialen av långvarig rymdflygning, och endast två studier av kortvarig rymdflygning. Det har dock funnits ett antal publicerade rapporter som beskriver arytmier under flygning. Tabell 1 innehåller en sammanfattning av några av dessa rapporter.
| Program | Lansera | Flyg | EVA | Återinträde eller landning | Efter flygning |
|---|---|---|---|---|---|
| Merkurius | PVC, PAC | Sinusdysrytmi, 1 PVC, 1 PAC, Ett fusionsslag | |||
| Tvillingarna | Sällsynta PAC | ||||
| Apollo | Månens yta: atriell bigeminal rytm (extrem trötthet), PVC, PAC | ||||
| Skylab | PVC, AV-block, ektopiska slag, AV-övergångsrytm, ST-segment och Twave-förändringar under maximal stress, ventrikulär kuplett, 3-takts V-tach | Ventrikulär takykardi | |||
| Rymdfärja | PVC, PAC | PVC, PAC | |||
| Bord anpassat från Charles, JB, Frey, MA, Fritsch-Yelle JM, Fortner GW. Kapitel 3: Kardiovaskulär och kardiorespiratorisk funktion i rymdbiologi och medicin. Nicogossian AE, Mohler SR, Gazenko OG, Grigoriev AI, red. AIIA, Reston VA. 1996. sid. 73. | |||||
Leguay och Seigneuric sammanställde också några av rapporterna från pre-shuttle-eran av bemannad rymdflygning. Flera av dessa rapporter beskrivs kortfattat nedan.
En besättningsmedlem under Apollo 15 upplevde en 22-takts nodal bigeminal rytm, som följdes av för tidiga förmaksslag. Den här besättningsmedlemmen rapporterade extrem trötthet under incidenten, men bara när han förhördes om det av besättningskirurger; sålunda var det inte tillräckligt allvarligt för att påverka uppdraget. Tjugoen månader senare led besättningsmedlemmen av kranskärlssjukdom och en hjärtinfarkt utan antydande EKG-förändringar.
I Skylab-uppdragen registrerades flera fall av ventrikulär PVC, supraventrikulär PVC och nodal arytmi. Arytmierna inträffade under ansträngningstester, extravehikulära aktiviteter (EVA), underkroppssessioner med negativt tryck och under hela uppdraget. Dessa inkluderade två på varandra följande PVC i en astronaut under träning och en episod av atrioventrikulär dissociation som föregås av sinusbradykardi hos två astronauter.
Dessutom registrerades en isolerad incident av en icke-upprätthållen 14-takts ventrikulär takykardi (Figur 1), med en maximal hjärtfrekvens på 215 slag per minut, med hjälp av Holter-övervakning ombord på Mir. Även om det inte ingår i en systematisk vetenskaplig studie, ger detta fall ytterligare bevis på arytmier under långvarig rymdflygning.
Systematiska studier av hjärtrytmrubbningar har utförts under kortvarig rymdflygning. Dessa studier utfördes som svar på medicinska rapporter om arytmier som inträffade hos 9 till 14 rymdfärja EVA-astronauter mellan 1983 och 1985. Rossum et al. använde 24-timmars Holter-inspelningar som förvärvats under och efter kammaraktivitet på hög höjd, 30 dagar före uppskjutning, under och efter varje extravehikulär aktivitet som utförs och vid återkomst till jorden. Utredarna observerade ingen förändring i antalet prematura ventrikulära sammandragningar av prematura förmakssammandragningar per timme under flygning jämfört med preflight eller postflight (Figur 2). Likaledes observerades inte arytmier av Fritsch-Yelle et al. av 12 astronauter studerade före, under och efter 6 rymdfärjauppdrag. Med tanke på att dessa data inte stämmer överens med tidigare rapporter, föreslog utredarna att ytterligare studier krävdes.
Det är okänt om långvarig exponering för mikrogravitation i sig kan utlösa hjärtarytmier. Baserat på observationer och klinisk bedömning har medicinsk verksamhetspersonal föreslagit att vissa av dessa incidenter har varit relaterade till redan existerande, odiagnostiserad kranskärlssjukdom. Ytterligare screeningtest för besättningen i förväg, inklusive kalciumpoäng, har lagts till för att minska sådana förekomster i framtiden.
Bidragande faktorer
Vänster ventrikulär massa
Nya bevis tyder på att utvecklingen av apoptos, eller "programmerad celldöd" som svar på patologiska, fysiologiska och/eller genetiska signaler, kan vara en viktig utvecklingsfaktor för att orsaka hjärtarytmier. Till exempel har apoptos associerad med atrofi och fibrofettersättning av högerkammarvävnad identifierats som den troliga mekanismen för arytmiutveckling vid arytmogen högerkammardysplasi, ett tillstånd som kan leda till plötslig död hos i övrigt friska unga individer.
Två publikationer har rapporterat minskningar i vänsterkammarmassa efter kortvarig rymdflygning. I en av dessa publikationer användes hjärt-MRT och visade en minskning av vänsterkammarmassan på landningsdagen; dock erhölls inte utökad återställningsdata (Figur 3). I den andra publikationen användes ekokardiografi och visade en liknande minskning i massa på landningsdagen med full återhämtning 3 dagar efter landning.
Opublicerade data (även mätt med ultraljud) visar minskningar i vänsterkammarmassan efter 6 månader långa uppdrag ombord på ISS. Dessa minskningar är dubbelt så stora som efter korta flygningar och återhämtar sig inte helt den tredje dagen efter landning (Figur 5).
Det finns en viss oenighet om mekanismen för minskningen av massan, särskilt efter kortvariga uppdrag. Även om det finns bevis för att stödja tanken att vävnadsuttorkning bidrar till massaförlusten efter kortvariga rymdflygningar, finns det data från sänglägesstudier som visar att viktminskningen kan förhindras med träning och/eller näringsmässiga motåtgärder. Det råder dock enighet om att den större massaförlusten med långvarig flygning med största sannolikhet beror på atrofi.
QT-förlängning
QT-intervallet är ett mått på den kombinerade varaktigheten av ventrikulär depolarisering (QRS) och repolarisering (T-våg). QRS-komplexet är vanligtvis av fast varaktighet hos friska individer och förändras inte under långvarig rymdflygning. Således representerar förändringar i QT-varaktighet förändringar i ventrikulär repolarisering. QT-intervallet för yt-EKG är en rumslig och tidsmässig summering av alla hjärtcellulära aktionspotentialer. Inte alla celler i hjärtat delar identiska aktionspotentialer; därför existerar en viss grad av variation, eller inhomogenitet, i deras repolariseringstid. Graden av inhomogenitet under repolarisering korrelerar direkt med den övergripande morfologin för QT-vågformen (främst T-vågen) och i de flesta fall med QT-intervallets varaktighet. Ett tydligt samband mellan omfattningen av inhomogenitet av repolarisering och risken för utveckling av ventrikulära arytmier har fastställts.
QT-intervallet korrigeras ofta för hjärtfrekvens och visas som QTc. Vissa tillstånd som kan förlänga QTc-intervallet är ischemisk hjärtsjukdom, autonom dysfunktion, bradykardi, elektrolytavvikelser, hjärtremodellering och uttorkningsmediciner som stör hjärtets kaliumjonkanaler. Vilka av dessa faktorer ses hos långvariga astronauter?
- För det första är det känt att astronauter utvecklar förändringar i det autonoma nervsystemet.
- För det andra, på långvariga flygningar har astronauter en relativ bradykardi jämfört med astronauter på kortvariga flygningar.
- För det tredje finns det bevis på ombyggnad av hjärtat efter långvarig flygning som ses i figur 5.
- För det fjärde finns det mediciner tillgängliga för astronauter ombord på ISS som förlänger QTc-intervallet, inklusive ciprofloxacin, haldol, inderal, verapamil, zithromax, Zoloft® och nortriptylin.
Miljön som skapas av kombinationen av faktorer som anges ovan kan orsaka eller förvärra förlängningen av QT-intervallet.
Förlängning av QTc-intervall garanterar inte i sig en ökning av ventrikulära arytmier. Till exempel förlänger sömn, hypotyreos och användning av det antiarytmiska läkemedlet amiodaron QTc utan att öka förekomsten av ventrikulära arytmier. Det är möjligt att rymdflyg uppvisar en liknande situation. Men för närvarande kan det beslutet inte göras på grund av brist på data. Därför måste uppgifterna samlas in.
Markbaserade bevis
I allmänhet uppvisar försökspersoner i sänglägesstudier ingen ökning av ventrikulär ektopi, även om många studier har visat minskningar i vänster ventrikulär massa och/eller volym. Under sängläge har vänsterkammarmassan visat sig minska med åtta procent efter 6 veckor, vilket ansågs vara relaterat till minskad fysiologisk belastning.
Markbaserade djurstudier har också använts för att bestämma effekterna av mikrogravitation på det kardiovaskulära systemet. Takykardi har observerats hos stående råttor efter avlastning av bakbenen i 28 dagar. En trend i minskad hjärtmassa har också dokumenterats i studier av bakbensupphängda råttor. Emellertid skiljer sig hemodynamik hos människor från hemodynamik hos fyrfota; sålunda är råttan inte den mest lämpliga modellen för att undersöka effekterna av mikrogravitation på kardiovaskulära anpassningar.
Datorbaserad simuleringsinformation
En systemanalys med hjälp av datormodellen för mänsklig fysiologi utvecklad vid University of Mississippi Medical Center förutspår också en förlust av vänsterkammarmassa efter kortvarig rymdflygning. Enligt modellförutsägelserna kan de minskningar i vänsterkammarmassan som observeras efter kortvarig exponering för mikrogravitation vara resultatet av en sammandragning av myokardial interstitiell vätska sekundärt till en förlust i plasmavolymen (se figur 6).
Upptäckten av QTc-förlängning hos astronauter har varit oroande ur ett kliniskt operationsperspektiv. Sådan förlängning har dokumenterats vid flera tillfällen, men det är inte klart om dessa fynd har någon klinisk betydelse eller utgör en risk.
Risk i samband med operativa scenarier för prospekteringsuppdrag
Hjärtrytmstörningar kan äventyra uppdragets mål och, i det mest extrema, besättningsmedlemmarnas liv. Det värsta scenariot skulle vara en livshotande arytmi under ett Mars-utforskningsuppdrag, där återkomsten till jorden skulle ta månader. Under dessa förhållanden skulle andra besättningsmedlemmar behöva behandla den drabbade besättningsmedlemmen med de begränsade förråd som finns tillgängliga på rymdfarkosten.
Luckor
Uppgifterna är tillräckligt övertygande för att denna risk inte kan avskaffas förrän en systematisk utvärdering av hjärtats struktur och funktion görs på ISS. Detta anses vara en högprioriterad verksamhet.
Slutsatser
Mycket lite forskning har systematiskt utvärderat förekomsten (eller potentiell risk) av hjärtarytmier under rymdfärd. Det finns flera observationsrapporter om icke-livshotande men potentiellt rörande arytmier. Minst två potentiella riskfaktorer för arytmier har rapporterats antingen under eller omedelbart efter rymdfärd: hjärtatrofi och ett förlängt QTc-intervall. Den potentiella svårighetsgraden av uppdragets påverkan av en allvarlig arytmi kräver att en systematisk utvärdering görs av risken för arytmi på grund av rymdflygning.
Se även
- NASA forskning om ISS
- ESA forskning om ISS - Kardiovaskulär funktion
- Ablation - Rymdfärd
- MARS-500 - Hjärtexperiment
Akronymer och förkortningar
| Akronym/förkortning | Beskrivning |
|---|---|
| AV | Atrionetrikulär |
| EKG | Elektrokardiogram |
| LV | Vänster ventrikel |
| LVM | Vänsterkammarmassa |
| MI | Hjärtinfarkt |
| MRI | Magnetisk resonanstomografi |
| NASA | National Aeronautics and Space Administration |
| P-våg | Atriell depolarisering |
| PAC | För tidig förmakskontraktion |
| PVC | För tidig ventrikulär kontraktion |
| QRS | Ventrikulär depolarisering |
| QT | Mått på tiden mellan ventrikulär depolarisering och repolarisering |
| QTc | Korrigerat QT-intervall |
| R+0 | Landningsdag |
| R+3 | Tre dagar efter landning (återhämtning) |
| T-våg | Ventrikulär repolarisering |
| V-tach | Ventrikulär takykardi |
externa länkar
- Kardiovaskulära hälsokonsekvenser av långvarig rymdflygning (kärl)
- Kardiovaskulär reglering under långvariga rymdfärder till den internationella rymdstationen
- Kardiovaskulära effekter av rymdflygning - presentation
Den här artikeln innehåller material från allmän egendom från Human Health and Performance Risks of Space Exploration Missions ( PDF) . National Aeronautics and Space Administration . (NASA SP-2009-3405).