Центрифуга не спасла людей от когнитивных изменений в условиях микрогравитации

Получасовое непрерывное или прерывистое воздействие искусственной гравитации в центрифуге оказалось неэффективным для смягчения когнитивных изменений, связанных с условиями микрогравитации. Вне зависимости от воздействия искусственной гравитации или его отсутствия скорость выполнения когнитивных тестов во время эксперимента и в период восстановления была ниже по сравнению с исходным уровнем. Это ученые выяснили в ходе эксперимента, проведенного в Германском центре авиации и космонавтики в Кельне с участием 24 добровольцев, которые провели два месяца в кроватях с опущенным изголовьем — из-за того, что голова оказывается ниже ног, кровь отливает он нижней части тела и приливает к верхней как в настоящей невесомости. Статья опубликована в журнале Frontiers in Physiology.

Некоторые факторы жизни в экстремальной среде космических полетов могут отрицательно влиять на когнитивные функции и таким образом создавать риски для безопасности и здоровья космонавтов. Большинство осложнений после полета связаны с длительным нахождением в состоянии микрогравитации, когда кровь отливает от нижней части тела и приливает к верхней. Это сказывается на состоянии всего тела и мозга, в частности. Например, у космонавтов после возвращения с Международной космической станции наблюдается повышение внутричерепного давления, нарушение кровообращения и тромбоз внутренней яремной вены, а также смещение мозга вверх и такие структурные изменения как уменьшение объема серого вещества и увеличение объема спинномозговой жидкости. Все они могут привести к изменению когнитивных функций.

Помимо исследований, проводимых на околоземной орбите, для изучения состояний, связанных с условиями микрогравитации, международное космическое агентство использует наземные аналоги — кровати с опущенным изголовьем: когда голова оказывается ниже ног, кровь отливает он нижней части тела и приливает к верхней — как в состоянии микрогравитации. А в качестве меры противодействия неблагоприятным эффектам, связанным с микрогравитацией, была предложена искусственная гравитация. При этом пока неизвестно, как состояние искусственно поддерживаемой гравитации скажется на организме космонавтов и, как следствие, на их когнитивных способностях.

Для детального изучения этого вопроса ученые под руководством Матиаса Баснера (Mathias Basner) из Пенсильванского университета провели в Германском центре авиации и космонавтики в Кельне эксперимент, о старте которого мы сообщали в 2019 году. В нем приняли участие 24 здоровых добровольца (16 мужчин и 8 женщин) в возрасте от 18 до 55 лет, которые провели 60 дней в кроватях с наклоном головы вниз на шесть градусов. Участники исследования были случайным образом разделены на три группы по восемь человек: одна ежедневно подвергалась непрерывному 30-минутному воздействию искусственной гравитации, другая — прерывистой гравитации (шесть пятиминутных циклов в центрифуге с трехминутным отдыхом между циклами) и третья, контрольная, — не проходила центрифугу. До, во время и после эксперимента участники неоднократно выполнили батарею когнитивных тестов NASA (10 тестов) и краткий опрос о качестве сна, состоянии, ощущаемой нагрузке и настроении. Батарея тестов направлена на измерение сенсомоторной реакции и времени реакции на зрительные стимулы, памяти и внимания, пространственной ориентации, абстрактного мышления, способности к оценке рисков и идентификации эмоций другого человека.

Выполнение тестов существенно не различалось между группами (p > 0,34). При этом по сравнению с исходными показателями во всех группах наблюдалось небольшое, но статистически значимое снижение скорости выполнения когнитивных тестов (p < 0,05), тогда как точность не страдала. Наиболее стабильно замедление ответов наблюдалось у всех групп при прохождении теста на измерение сенсомоторной реакции. Все сдвиги наблюдались в первые дни эксперимента и не ухудшались и не улучшались в течение остального периода наблюдения (p > 0,05), за исключением способности распознавания эмоций. С течением времени участники все медленнее выполняли этот тест (p < 0,01) и при этом с большей вероятностью приписывали лицам негативные переживания (p < 0,01) и значительно реже называли их счастливыми (p < 0,05) или нейтральными (p < 0,05). Среди субъективных показателей единственным значимым отличием между группами были более высокие оценки нагрузки в двух группах, проходивших центрифугу, по сравнению с контрольной.

В период восстановления после эксперимента никаких существенных отличий между группами также не было (p > 0,05). Во время фазы восстановления когнитивное замедление не сразу возвращалось к исходному уровню. Скорость при выполнении всех задач была одинаковой или даже немного ниже в первый день восстановления по сравнению с 57-м днем эксперимента, а затем постепенно восстанавливалась к 12 дню.

Авторы заключили, что примененные ими режимы прохождения центрифуги были недостаточными и короткими для смягчения связанных с искусственной микрогравитацией изменений когнитивной функции. Ученые отметили, что в будущих исследованиях следует изучить эффективность разных режимов и их длительности. Кроме того, неясно, были ли изменения в обработке эмоциональных сигналов связаны с длительным пребыванием в состоянии искусственной микрогравитации, или с изолированностью от социальных контактов, или с тем и другим. Поэтому этот вопрос авторы также предлагают к рассмотрению в будущих работах.

В то время как для людей длительное пребывание в состоянии микрогравитации связано с рядом сбоев в работе организма, для некоторых бактерий ситуация складывается иначе. Как отметили американские ученые, пребывание в условиях симулированной микрогравитации вызвало у бактерий стойкие физиологические и генетические изменения, улучшающие их способность к росту и формированию колоний.

Екатерина Рощина