Центрифуга не врятувала людей від когнітивних змін в умовах мікрогравітації

Півгодинний безперервний або уривчастий вплив штучної гравітації в центрифузі виявився неефективним для пом'якшення когнітивних змін, пов'язаних з умовами мікрогравітації. Незалежно від впливу штучної гравітації або його відсутності швидкість виконання когнітивних тестів під час експерименту і в період відновлення була нижчою порівняно з вихідним рівнем. Це вчені з'ясували в ході експерименту, проведеного в Німецькому центрі авіації і космонавтики в Кельні за участю 24 добровольців, які провели два місяці в ліжках з опущеним виголів'ям - через те, що голова виявляється нижче ніг, кров відливає він нижньої частини тіла і приливає до верхньої як в справжній невагомості. Стаття опублікована в журналі.

Деякі фактори життя в екстремальному середовищі космічних польотів можуть негативно впливати на когнітивні функції і таким чином створювати ризики для безпеки і здоров'я космонавтів. Більшість ускладнень після польоту пов'язані з тривалим перебуванням у стані мікрогравітації, коли кров відливає від нижньої частини тіла і приливає до верхньої. Це позначається на стані всього тіла і мозку, зокрема. Наприклад, у космонавтів після повернення з Міжнародної космічної станції спостерігається підвищення внутрішньочерепного тиску, порушення кровообігу і тромбоз внутрішньої яремної вени, а також зміщення мозку вгору і такі структурні зміни як зменшення обсягу сірої речовини і збільшення обсягу спинномозкової рідини. Всі вони можуть призвести до зміни когнітивних функцій.

Крім досліджень, що проводяться на навколоземній орбіті, для вивчення станів, пов'язаних з умовами мікрогравітації, міжнародне космічне агентство використовує наземні аналоги - ліжка з опущеним виголів'ям: коли голова виявляється нижче ніг, кров відливає він нижньої частини тіла і приливає до верхньої - як у стані мікрогравітації. А в якості міри протидії несприятливим ефектам, пов'язаним з мікрогравітацією, була запропонована штучна гравітація. При цьому поки невідомо, як стан штучно підтримуваної гравітації позначиться на організмі космонавтів і, як наслідок, на їх когнітивних здібностях.

Для детального вивчення цього питання вчені під керівництвом Матіаса Баснера (Mathias Basner) з Пенсільванського університету провели в Німецькому центрі авіації і космонавтики в Кельні експеримент, про старт якого ми повідомляли в 2019 році. У ньому взяли участь 24 здорових добровольці (16 чоловіків і 8 жінок) віком від 18 до 55 років, які провели 60 днів у ліжках з нахилом голови вниз на шість градусів. Учасники дослідження були випадковим чином розділені на три групи по вісім осіб: одна щодня піддавалася безперервному 30-хвилинному впливу штучної гравітації, інша - переривчастій гравітації (шість п'ятихвилинних циклів в центрифузі з трихвилинним відпочинком між циклами) і третя, контрольна, - не проходила центрифугу. До, під час і після експерименту учасники неодноразово виконали батарею когнітивних тестів NASA (10 тестів) і коротке опитування про якість сну, стан, відчутне навантаження і настрій. Батарея тестів спрямована на вимірювання сенсомоторної реакції і часу реакції на зорові стимули, пам'яті та уваги, просторової орієнтації, абстрактного мислення, здатності до оцінки ризиків та ідентифікації емоцій іншої людини.

Виконання тестів суттєво не відрізнялося між групами (p > 0,34). При цьому порівняно з вихідними показниками у всіх групах спостерігалося невелике, але статистично значуще зниження швидкості виконання когнітивних тестів (p < 0,05), тоді як точність не страждала. Найбільш стабільно уповільнення відповідей спостерігалося у всіх груп при проходженні тесту на вимірювання сенсомоторної реакції. Всі зрушення спостерігалися в перші дні експерименту і не погіршувалися і не поліпшувалися протягом решти періоду спостереження (p > 0,05), за винятком здатності розпізнавання емоцій. З плином часу учасники все повільніше виконували цей тест (p < 0,01) і при цьому з більшою ймовірністю приписували особам негативні переживання (p < 0,01) і значно рідше називали їх щасливими (p < 0,05) або нейтральними (p < 0,05). Серед суб'єктивних показників єдиною значущою відмінністю між групами були більш високі оцінки навантаження в двох групах, що проходили центрифугу, порівняно з контрольною.

У період відновлення після експерименту ніяких істотних відмінностей між групами також не було (p > 0,05). Під час фази відновлення когнітивне уповільнення не відразу поверталося до вихідного рівня. Швидкість при виконанні всіх завдань була однаковою або навіть трохи нижче в перший день відновлення в порівнянні з 57-м днем експерименту, а потім поступово відновлювалася до 12 дня.

Автори зробили висновок, що застосовані ними режими проходження центрифуги були недостатніми і короткими для пом'якшення пов'язаних зі штучною мікрогравітацією змін когнітивної функції. Вчені зазначили, що в майбутніх дослідженнях слід вивчити ефективність різних режимів та їх тривалості. Крім того, неясно, чи були зміни в обробці емоційних сигналів пов'язані з тривалим перебуванням у стані штучної мікрогравітації, чи з ізольованістю від соціальних контактів, чи з тим і іншим. Тому це питання автори також пропонують до розгляду в майбутніх роботах.

Тоді як для людей тривале перебування в стані мікрогравітації пов'язане з низкою збоїв у роботі організму, для деяких бактерій ситуація складається інакше. Як зазначили американські вчені, перебування в умовах симульованої мікрогравітації викликало у бактерій стійкі фізіологічні та генетичні зміни, що покращують їх здатність до зростання і формування колоній.