Непосредственно воздействие космических лучей на организмы изучать невозможно, так как орбитальные полёты происходят на относительно небольшой высоте над поверхностью Земли, где среда отличается от межпланетного пространства. Поэтому воздействие космической радиации моделируют в лабораторных условиях, а опыты проводят преимущественно на грызунах. Ранее в ходе подобных опытов уже выяснили, что галактические лучи могут оказывать не только негативное воздействие, но и положительное. Например, эксперименты показали, что облучённые грызуны демонстрируют более высокие результаты в когнитивных тестах и лучше ориентируются в пространстве, чем их собратья из контрольной группы. Однако механизм этого явления оставался неизвестным.
Сотрудники Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и наркологии им. В. П. Сербского, Объединённого института ядерных исследований и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова решили выяснить причины положительного влияния космических лучей. Они подвергали крыс воздействию радиации, сравнимой по составу и дозам с той, что получили бы космонавты за время 860-дневной межпланетной миссии (для сравнения — полёт до Марса в одну сторону занял бы около 180 дней). Контрольную группу грызунов содержали в идентичных условиях по влажности, температуре, световому дню и кормлению, но воздействию радиации их не подвергали.
Облучали животных комбинацией тяжёлых заряженных частиц с гамма-лучами. Сразу после облучения животных, как из контрольной группы, так и экспериментальной, разделили на две подгруппы и провели серию когнитивных тестов, после которых молодых особей исследовали с помощью МРТ. На 25-й день после облучения исследователи отобрали образцы мозга у всех молодых крыс. Вторую группу животных тестировали уже в зрелом возрасте — на 211 день после облучения, а на 242-й отобрали образцы их мозга для дальнейших молекулярных исследований.
Эти тесты подтвердили результаты предыдущих исследований. Подвергшиеся радиации крысы демонстрировали более высокие показатели в тестах на ориентирование в пространстве по сравнению с контрольными животными. Правда, после облучения крысы стали более тревожными, однако этот эффект у зрелых животных нивелировался. Молекулярные исследования мозга обнаружили, что у крыс из контрольной и опытной групп в мозге были разные концентрации глутамата и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Эти вещества выполняют функцию нейромедиаторов в центральной нервной системе: глутамат — возбуждающий нейромедиатор, а ГАМК — тормозной. Как полагают учёные, именно изменение баланса этих нейромедиаторов-антагонистов и обусловливает разницу в поведении крыс. Снижение уровня ГАМК вызывает растормаживание центральной нервной системы (ЦНС), что сопровождается усилением двигательной активности, ситуативной тревоги и повышением производительности обучения в когнитивных тестах. Важно, что с течением времени баланс глутамат/ГАМК у облучённых животных восстанавливается — за счёт снижения уровня глутамата. Таким образом, исследователи не выявили серьёзных нарушений в функционировании нейронных систем, использующих глутамат и ГАМК. Одновременно ионизирующее излучение вызывает глубокое ремоделирование нервной ткани, что положительно сказывается на ЦНС.
По мнению авторов исследования, эти результаты снимают «биологический» лимит с дальних космических миссий. Более того, раскрытие механизмов позитивного действия ионизирующего излучения на функции центральной нервной системы может помочь в разработке новых терапевтических подходов к лечению нейродегенеративных и психических заболеваний. Ведь изменение баланса глутамат/ГАМК сопутствует ряду нейродегенеративных и психических заболеваний.
Исследование было поддержано Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ).
По информации пресс-службы МГУ им. М. В. Ломоносова.
