Delayed effects of simulated space flight factors
Authors: Лебедева М.А. , Медведева Ю.С. , Баранов М.В. , Арутюнян А.В. , Золотов Н.Н. , Карганов М.Ю. 
Published: August 2021

В настоящее время в области космической медицины остро стоит проблема обеспечения безопасности экипажа длительных космических миссий за пределами околоземной орбиты, его защита от возможных экстремальных воздействий, а также предупреждения отдаленных последствий неблагоприятного влияния космической среды. Цель: смоделировать действия основных факторов космического полета (микрогравитации и ионизирующего излучения), проанализировать долгосрочные последствия (до 6 месяцев) и динамику развития обнаруженных изменений в организме экспериментальных животных. Методы: моделирование микрогравитации путем 2-недельного антиортостатического вывешивания (АОВ); моделирование космической радиации путем воздействия гамма-излучением в острой дозе 1,5 Гр; лазерная корреляционная спектроскопия; электрокардиография; подсчет лейкоцитарной формулы крови; определение уровня сывороточного кортикостерона. Долгосрочные эффекты облучения анализировали в течение 6 недель после воздействия, антиортостатического вывешивания - в течение 6 месяцев. Результаты: моделируемая микрогравитация привела к снижению иммунологической реактивности организма крыс, нарастанию продуктов клеточной деструкции в сыворотке крови. Субфракционный состав сыворотки крови после действия моделируемой микрогравитации полностью восстанавливался через 1 месяц, через 6 недель после облучения нормализации сывороточного гомеостаза не происходит. Моделируемые факторы космического полета привели к неспецифическим изменениям электрической проводимости миокарда, проявляющимся в отдаленный период реадаптации. В течение 2 недель после окончания АОВ наблюдали удлинение интервалов QT и QTc, через 2 и 3 месяца - укорочение среднего RR-интервала и увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС). Облучение в большей степени повлияло на состояние миокарда крыс, вызывая электрофизиологические нарушения, состоящие в снижении амплитуды зубца P, укорочении длительности R-зубца, удлинении среднего RR-интервала, и снижение ЧСС. Наблюдаемые сдвиги описаны в течение всех 6 недель эксперимента. В течение 3-6 недель регистрировали увеличение длительности интервала PQ, свидетельствующее о замедлении атриовентрикулярной проводимости. Небольшие нарушения сердечного ритма выявили в течение 6 недель после облучения. Уширение комплекса QRS, удлинение интервала QT и QTс наблюдали в течение месяца после воздействия. Таким образом, выявленные в работе эффекты моделируемых факторов космического полета показали, что большинство из них были обратимы, однако некоторые нарушения электрической проводимости миокарда носили долгосрочный характер. Заключение: изменения, происходящие в организме экспериментальных животных, при моделировании отдельных факторов космического полета, имеют долгосрочный характер. В связи с этим можно рекомендовать проводить скрининговые тесты и серии наблюдений за состоянием здоровья на протяжении всей жизни космонавтов и астронавтов для своевременного выявления возможных нарушений физиологических функций, возникающих в отдаленные периоды после окончания космических миссий. Метод лазерной корреляционной спектроскопии может быть использован в качестве дополнительного интегрального подхода к оценке долгосрочных последствий действия факторов космического полета.
Currently, in the field of space medicine, there is an acute problem of ensuring crew safety during long-term space missions beyond near-earth orbit. The crew must be protected from potential extreme conditions, as well as preventing long-term consequences of adverse effects of the space environment. Objective: To simulate in rats responses to the main factors of space flight, i.e., microgravity and ionizing radiation; to analyze at 6 mos and at 6 wks the long-term consequences of exposure to these factors; to study the dynamics of the detected changes. Methods: Simulation of microgravity by 2-wk anti-orthostatic hanging (AOH); simulation of cosmic radiation by exposure to gamma radiation with an acute dose of 1.5 gy; laser correlation spectroscopy; electrocardiography; calculation of blood leukocytes; measurement of serum corticosterone. The long-term effects of radiation exposure were analyzed 6 wks after exposure, and the anti-orthostatic effects were analyzed at 6 mos. Results: Simulated microgravity led to a decrease in the immunological reactivity and an increase in the products of cellular destruction in the blood serum. The subfractional composition of the blood serum after simulated microgravity was completely restored at 1 mo, but at 6 wks after irradiation, normalization of serum homeostasis had not occurred. The simulated factors of space flight led to non-specific changes in myocardial electrical conductivity that were manifested during the long-term period of readaptation. Within 2 weeks after the end of AOH the QT and QTc intervals were lengthened, and after 2 and 3 mos, the average RR interval was shortened and the heart rate was increased. Irradiation had a greater effect on the myocardium, causing electrophysiological disorders, consisting of a decrease in the amplitude of the P-wave, a shortening of the duration of the R-wave, an elongation of the average RR interval, and a decrease in heart rate. These shifts occurred during all 6 wks of the experiment. During 3-6 wks, an increase in the duration of the PQ interval was recorded, indicating a slowing of atrioventricular conduction. Minor cardiac arrhythmias were detected within 6 wks after radiation exposure. Broadening of the QRS complex and prolongation of the QT and QTc intervals were observed within 1 mo after exposure. Thus, this study of the effects of simulated space flight factors showed that most effects were reversible, but some damage to myocardial electrical conductivity persisted. Conclusion: A rat model of individual factors of space flight showed that some resulting changes are prolonged. In this regard, it can be recommended that screening tests be conducted and that the health of astronauts be monitored throughout their life for timely detection of possible alterations of physiological functions that might occur during extended periods following space missions. Laser correlation spectroscopy can be used as an additional integral method for assessing the long-term effects of space flight factors.