Космическая радиация оказалась сравнительно безопасной для мозга крыс

Российские ученые выяснили, что ионизирующее излучение в дозах, которые могут получить космонавты во время межпланетного перелета, может быть безопасно для головного мозга. С помощью эксперимента на крысах они показали, что воздействие радиации значимо не отражается на когнитивных функциях как сразу же после облучения, так и в долгосрочной перспективе. При этом среди крыс, оказавшихся под воздействием радиации, наблюдались улучшения пространственного обучения и повысилась тревожность. Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Neuroscience, это связано с дисбалансом возбуждающего глутамата и ингибирующей гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в головном мозге. 

Одной из главных опасностей для человека во время длительных космических экспедиций считается высокий радиационный фон: ионизирующее излучение, от воздействия которого на Земле защищает ее атмосфера, способно повредить макромолекулы в организме человека, вызвать разрывы ДНК и, если говорить о видимых последствиях, нанести тяжкий вред здоровью или даже привести к смерти. Именно поэтому ученые активно оценивают реальный вред, который радиация может нанести человеческому организму во время длительного пребывания в космосе. Интересно, что не всегда это влияние в действительности связано с предполагаемым вредом: недавно, к примеру, ученые обнаружили, что воздействие ионизирующего излучения на космонавтов и астронавтов никак не связано с повышенным риском смерти от рака и сердечно-сосудистых заболеваний. 

Ученые под руководством Михаила Гуляева из МГУ решили изучить, как воздействие ионизирующего излучения сказывается на работе двух рецепторов головного мозга: глутаматных, которые отвечают за возбуждение ЦНС, и ГАМКергических, которые отвечают за ингибирование. Для своего исследования они использовали 28 лабораторных крыс: их поделили на две равные группы (по семь молодых и взрослых крыс в каждой) и содержали в одинаковых условиях. 

Крысы из первой группы, экспериментальной, подверглись сначала гамма-излучению и набрали примерно 400 миллигрей (относительно их тела) в течение 24 часов, после чего их облучили ядрами углерода-12 в единичной дозировке в 140 миллигрей. Ученые посчитали, что такая радиация эквивалентна той, которую могут получить астронавты во время 860-дневного межпланетного полета: ядра углерода-12 выбрали в качестве замены протонам и ядрам гелия, которые чаще всего встречаются в межпланетной среде, а воздействие гамма-излучения заменило вторичную радиацию дельта-лучами, с одной стороны, и хронический эффект ионизирующего излучения, с другой. 

Сразу же после облучения молодые крысы прошли ряд когнитивных тестов: ученые оценивали поведение крыс в неизвестном месте, в приподнятом плюсовидном лабиринте (такая конструкция используется для того, чтобы оценить тревожность грызунов), в водном лабиринте Морриса (используется для оценки способности к пространственному мышлению и обучению), а также в задачах по поиску еды и обучения избегания опасных стимулов. Воздействие радиации на концентрацию глутамата и ГАМК оценили с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопии). Точно также тесты провели и на взрослых крысах, но позже — на 211 день после воздействия радиации. Таким образом ученым удалось оценить как немедленные последствия ионизирующего излучения, так и долговременные.

Как показали результаты тестов с использованием плюсовидного лабиринта, крысы под воздействием радиации стали более тревожными: молодым крысам из экспериментальной группы (по сравнению с контрольной) требовалось почти в три раза больше времени, чтобы выйти из закрытых рукавов лабиринта в открытые. Этот эффект, однако, зависел от возраста: у взрослых крыс, которые проходили тесты через несколько месяцев после воздействия радиации, тревожности не наблюдалось и, по сравнению с контрольными крысами, для перемещения в открытую часть лабиринта им требовалось в два раза меньше времени. Интересно, что у крыс, которые подверглись излучению, по всей видимости улучшились показатели пространственного мышления: в водном лабиринте Морриса молодые особи тратили в на 32-40 процента (в зависимости от дня) времени меньше, чем крысы в контрольной группе, а для зрелых крыс разница во времени поиска достигала 28 процентов. Разница в показателях других когнитивных тестов оказалась статистически незначимой.

По всей видимости, такой эффект объясняется тем, как радиация воздействует на баланс глутамата и ГАМК в головном мозге. В частности, у молодых крыс их экспериментальной группы уровень ГАМК был на 20,8 процента ниже по сравнению с контрольной группой, а у взрослых крыс — на 17 процентов. Также наблюдалось и снижение содержания глутамата, но только у взрослых крыс под воздействием радиации в сравнении с контрольной группой (на 12,6 процента).

Авторы работы, таким образом, не нашли явного негативного воздействия радиации на когнитивные способности грызунов: более того, одна из них — способность к пространственному мышлению и обучению — оказалась улучшено. Тем не менее, радиация, по всей видимости, повлияла на психическое состояние крыс: у них повысилась тревожность. Что касается молекулярных изменений в головном мозге, то здесь ученые указали на явный дисбаланс глутамата и ГАМК под воздействием радиации: при этом с возрастом, по всей видимости, баланс восстанавливается за счет снижения уровня глутамата (это было показано на взрослых крысах), что говорит о том, что после воздействия радиации восстанавливается и ЦНС.

При этом авторы уточняют, что точные причины позитивного воздействия радиации на функции головного мозга пока неизвестны, и они вполне могут быть не очень значимыми по сравнению с реальным вредом, которое ионизирующее излучение может нанести ЦНС в перспективе. Это, однако, еще предстоит изучить, а пока ученые заключают, что воздействие радиации при длительных космических перелетах для мозга сравнительно безопасно.

Структурные и функциональные особенности головного мозга в вопросах изучения влияния радиации в действительности заслуживают особого внимания  во многом еще и потому, что во время космических полетов есть еще один фактор, который негативно сказывается на его работе — микрогравитация. Исследования показывают, к примеру, что нахождение в таком состоянии влияет на объем белого вещества головного мозга.

Елизавета Ивтушок