The combined effects of microgravity and ionizing radiation on the body of rats in a ground-based study
Authors: Лебедева М.А. , Медведева Ю.С. , Баранов М.В. , Алчинова И.Б. , Деморжи М.С. , Золотов Н.Н. , Арутюнян А.В. , Карганов М.Ю. 
Published: October 2022

Во время космического полета (КП) микрогравитация и радиация воздействуют на живые объекты одновременно, однако большинство наземных исследований посвящено изолированному влиянию факторов КП на физиологические параметры. До сих пор нет единой теории о комлексном влиянии радиации и микрогравитации на организм человека. В связи с этим, проблема сочетанного действия факторов КП представляет большой интерес. Цель: изучить долгосрочные влияния на организм крыс сочетанного воздействия моделированной микрогравитации и ионизирующего излучения (ИИ) в двух комбинациях. Методы: Двухнедельное антиортостатическое вывешивание (АОВ), однократное острое гамма-облучение в дозе 1,5 Гр, ЭКГ, лазерная корреляционная спектроскопия, определение концентрации кортикостерона в крови, измерение массы тела и миокарда крыс, морфологическое исследование ткани миокарда. Влияние сочетанного воздействия в комбинации АОВ+облучение проводили в течение 1,5 месяцев, в комбинации Облучение+АОВ - в течение 3 месяцев. Результаты: Выявлено снижение массы тела в группах с сочетанным воздействием. При анализе ЭКГ наименьшие изменения электрической проводимости миокарда наблюдали в группе АОВ. Для группы Облучение+АОВ было характерно увеличение продолжительности интервала QTc, для группы крыс АОВ+облучение - удлинение интервала PQ и снижение амплитуды зубцов P и R. Лазерная корреляционная спектроскопия при сочетанных воздействиях выявила увеличение доли частиц малого гидродинамического радиуса. Обнаружено повышенное содержание кортикостерона в крови в группах, подвергшихся облучению. Морфологическая картина миокарда опытных групп показала диффузные очаговые изменения. В группах с сочетанным действием двух факторов КП наблюдали развитие выраженного диффузного фиброза c характерными особенностями отложения коллагена. Заключение: Сочетанное действие моделированной микрогравитации и ИИ вызывало более выраженные снижение массы тела и морфологические изменения миокарда. Нарушения электрической проводимости миокарда в сочетанных группах в большей степени были связаны с действием ИИ, как и увеличение концентрации кортикостерона. Дисбаланс гомеостаза сыворотки крови, скорее всего, был обусловлен влиянием АОВ. Дальнейшие исследования этой проблемы улучшат наше понимание последствий космического окружения для здоровья человека и будут способствовать снижению рисков, возникающих во время долгосрочных космических полетов.

During a space flight (SF), microgravity and radiation affect living objects simultaneously; however, most ground-based studies have focused on isolated effects of SF factors on physiological parameters. There is still no unified theory about the combined effect of radiation and microgravity on the human body. In this regard, combined effects of SF factors are of great interest. Aim: To study long-term effects of two combinations of simulated microgravity and ionizing radiation (IR) on rat organs. Methods: Two-week hindlimb unloading (HU); single acute gamma-irradiation at a dose of 1.5 Gy; ECG; laser correlation spectroscopy; measurement of blood corticosterone concentration; measurement of body and myocardial weight; morphological study of myocardial tissue. The effect of an exposure to the HU + irradiation combination was studied for 1.5 months and of an exposure to the Irradiation + HU combination for 3 months. Results: The body weight was decreased in groups of combined exposures. The smallest changes in the myocardial electrical conduction were observed in the HU group. The Irradiation + HU group showed an increase in the QTc interval duration whereas the HU + Irradiation group had a prolonged PQ interval and a decreased amplitude of P and R waves. Laser correlation spectroscopy in the combined exposures revealed an increase in the percentage of particles with a small hydrodynamic radius. An increase in blood concentration of corticosterone was found in the radiation-exposed groups. The morphological picture of the myocardium of experimental groups showed diffuse focal changes. In the groups exposed to a combination of two SF factors, pronounced diffuse fibrosis with characteristic features of collagen deposition was observed. Conclusion: The combined effect of simulated microgravity and IR caused more pronounced weight loss and morphological changes in the myocardium. Disorders of the myocardial electrical conduction and the increased corticosterone concentration in the combined exposure groups were both associated to a greater degree with the action of IR. The imbalance of blood serum homeostasis was most likely due to the influence of HU. Future insight into this issue will improve our understanding of effects of the space environment on human health and will help reduce the risks associated with long-term space missions.