Коллектив российских ученых с участием специалиста из МГУ имени М.В. Ломоносова изучил влияние галактических космических лучей на психоэмоциональное состояние и умственные способности крыс, и отследили изменение уровня отдельных нейромедиаторов в их мозге. Оказалось, что ионизирующее излучение, сопоставимое в дозах и составе космическому, кроме негативных эффектов может вызывать также ряд положительных.

Эти эффекты и гипотетические механизмы их возникновения исследователи описали и опубликовали в журнале Neuroscience. Исследование было поддержано Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ).

В современной научной парадигме считается, что ионизирующее излучение, характерное для межпланетного пространства, негативно влияет на организмы. Это излучение способно проникать через физические преграды, и средств эффективной защиты от него пока не выработано. По этим причинам космическая радиация становится основным фактором, создающим преграды для дальних космических миссий с участием человека. На Земле же от космической радиации защищают плотная атмосфера и магнитосфера планеты.

Натуральное изучение эффектов галактических космических лучей невозможно, так как орбитальные полёты человека не моделируют радиационную среду межпланетного пространства. На сегодняшний день, для изучения эффектов галактических космических лучей существует ряд моделей, применимых в лабораторных условиях, а работы выполняются преимущественно на грызунах.

И ранее ученые выяснили, что космическая радиация помимо негативных эффектов может оказывать и положительное воздействие.

Так, экспериментально выяснили, что облученные грызуны демонстрируют высокие результаты в когнитивных тестах и лучше ориентируются в пространстве, чем их собратья из контрольной группы. Однако механизм этого явления оставался неизвестным.

«В свете последних данных, о галактических космических лучах уместно говорить как об одном из факторов космического полёта, тогда как совсем недавно считалось, что из-за радиационного воздействия, межпланетные полёты человека невозможны в принципе. Настоящее исследование представляет собой endpoint в вопросе лимитирующей роли радиационного фактора и снимает «биологический» лимит с дальних космических миссий. Наиболее интересным представляется раскрытие механизмов позитивных эффектов ионизирующего излучения на функции ЦНС, ведь они могут быть использованы для новых терапевтических подходов к лечению нейродегенеративных и психиатрических заболеваний, в частности, фармрезистентной формы клинической депрессии. Коллектив работает в этом направлении и скоро будут представлены данные об эффектах облучения тяжёлыми заряженными частицами на течение нейродегенеративного процесса (как, например, при болезни Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз)»,— рассказывает ведущий автор исследования старший научный сотрудник лаборатории психофармакологии ФГБУ «НМИЦПН им. В. П. Сербского» Минздрава России Виктор Кохан.

Группа российских ученых с участием старшего научного сотрудника факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова Михаила Гуляева решила выяснить механизмы этого явления. В качестве модельных объектов исследователи выбрали крыс, подвергли их воздействию радиации, сравнимой по составу и дозам с той, что получили бы астронавты за время 860-дневной межпланетной миссии. Для сравнения полет 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.

Облучение крыс проводили по наиболее прогрессивной модели: комбинированным воздействием тяжёлых заряженных частиц и гамма-лучей. Ядра углерода были выбраны как разумный компромисс между лёгкими протонами и ядрами гелия — наиболее распространёнными тяжёлыми заряженными частицами в межпланетной среде — и такими массивными частицами, как ядра железа и никеля, передающими значительно большее количество энергии бомбардируемому объекту, однако встречающимися на несколько порядков реже. Гамма-излучение было призвано моделировать как дельта-лучи (вторичную радиацию), так и хронический аспект радиационного воздействия в ходе реального полёта.

Сразу после облучения исследователи разделили контрольную и экспериментальную группу животных на две подгруппы и провели серию когнитивных тестов с одной из групп. Сразу после когнитивных тестов молодых особей исследовали с помощью МРТ. На 25-й день после облучения ученые отобрали образцы мозга у всех молодых крыс. Вторую группу животных тестировали уже в зрелом возрасте – на 211-ом дне после облучения, а на 242-ом — отобрали образцы их мозга для дальнейших молекулярных исследований.

Как показали когнитивные тесты, после облучения крысы стали более тревожными, однако этот эффект нивелировался у зрелых животных. Подвергшиеся радиации крысы демонстрировали более высокие показатели в тестах на ориентирование в пространстве в сравнении с контрольными группами. Как показали молекулярные исследования мозга, у крыс из контрольной и опытной групп отличались концентрации глутамата и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в мозге. Эти молекулы выполняют функцию нейромедиаторов в центральной нервной системе: глутамат — возбуждает, а ГАМК — затормаживает. По мнению ученых, разница в поведенческих тестах обусловлена изменением баланса этих нейромедиаторов-антагонистов.

«Снижение уровня ГАМК вызывает так называемое растормаживание ЦНС (активацию серотонинергической и глутаматергической систем в неокортексе), что сопровождается усилением двигательной активности, ситуативной тревоги и повышением производительности обучения в ряде когнитивных тестов,— поясняет Виктор Кохан. — Мы предполагаем, что повышение уровня фермента ГАМК-аминотрансферазы ответственно за этот эффект. В то же время изменение баланса глутамат/ГАМК является патофизиологическим звеном ряда нейродегенеративных и психиатрических заболеваний. В свете этого, очень важно подчеркнуть, что с течением времени баланс глутамат/ГАМК у облучённых животных восстанавливается, однако не за счёт нормализации уровня ГАМК, как можно было бы предположить, но за счёт снижения уровня глутамата. Таким образом, с одной стороны, мы не выявили серьезных нарушений в функционировании глутаматэргической и ГАМК-эргической систем, но с другой стороны ионизирующее излучение всё же вызывает глубокое ремоделирование нервной ткани. Так уж сложилось, что функционально это сказывается положительно на ЦНС».

В исследовании принимали участие сотрудники ФГБУ «НМИЦПН им. В. П. Сербского» Минздрава России, Объединенного института ядерных исследований (Дубна) и МГУ имени М.В. Ломоносова.