Многие биологи считают, что межпланетные путешествия навсегда останутся фантастикой из-за смертоносной космической радиации. Но российские учёные экспериментально показали, что такое облучение может даже улучшать некоторые функции мозга, и объяснили, в чём тут секрет. Возможно, теперь с помощью облучения можно будет лечить психические и неврологические заболевания.
Научная статья с результатами работы опубликована в журнале Neuroscience исследователями из Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и наркологии (НМИЦПН) имени В. П. Сербского, Объединённого института ядерных исследований и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.
Как отмечают авторы, на сегодняшний день влияние космической радиации на центральную нервную систему недостаточно изучено. По этому поводу существует множество противоречивых результатов.
Так, некоторые биологи утверждают, что при полёте на Марс более половины нейронов космонавтов будет разрушено радиацией. Другие исследования показывают, что облучение не оказывает на мозг заметного эффекта.
Наконец, в некоторых недавних работах обнаружено даже положительное влияние радиации на когнитивные способности. Например, оказалось, что облучённые 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 новом исследовании учёные подвергали крыс облучению ядрами углерода (12C) и гамма-лучами. Ядра углерода имеют среднюю массу и были призваны заменить "коктейль" из множества лёгких ядер с примесью тяжёлых.
Поясним, что космические заряженные частицы – это в основном протоны (ядра водорода), электроны и ядра гелия. Ядра более тяжёлых элементов встречаются гораздо реже, зато имеют больший биологический эффект.
Электроны участникам межпланетной экспедиции не страшны, так как от них спасает даже сравнительно тонкая обшивка. Зато остальные частицы пройдут через "броню" (если, конечно, её толщина не будет составлять нескольких метров), да ещё и вызовут в ней вторичное гамма-излучение.
Каждое животное получило 140 ± 14 миллигреев от ядер углерода. При этом были облучены лишь головы подопытных. Облучение продолжалось сутки. На двенадцатый день после этого грызуны подверглись ещё и разовому гамма-облучению в дозе 400 ± 20 миллигреев. Эта доза относилась ко всему телу.
Измерение радиационного фона на Марсе показало, что в ходе 860-дневной межпланетной миссии космонавты получили бы дозу 320 миллигреев из-за облучения галактическими космическими лучами (заряженными частицами, приходящими в Солнечную систему с просторов Галактики). Как утверждается в статье, именно этим и обусловлен выбор дозы. Однако можно заметить, что подавляющее большинство заряженных частиц в Солнечной системе – это не галактические космические лучи, а солнечный ветер (вещество, непрерывно истекающее из Солнца). Его влияние на космонавтов также следует учитывать.
Контрольную группу грызунов содержали в идентичных условиях по влажности, температуре, световому дню и кормлению, но воздействию радиации их не подвергали.
Экспериментальную группу разбили на две половины. Первую подвергли нескольким когнитивным тестам, а на 25-й день после облучения углеродом умертвили и взяли образцы мозга. Вторая подверглась такому же исследованию, но её начали тестировать только спустя 210 дней после облучения. Так биологи учли фактор возраста (с учётом продолжительности жизни крыс 200 дней – серьёзный срок). Точно такое же разделение на "юную" и "зрелую" половины выполнили с контрольной группой.
Тесты показали, что подвергшиеся облучению крысы (как "молодые", так и "старые") лучше ориентировались в пространстве в сравнении грызунами из контрольной группы. Правда, "молодые" были более тревожными, но у "старых" этот эффект пропал.
Таким образом, учёные подтвердили выводы коллег о том, что ионизирующее излучение может стимулировать мозг.
"Настоящее исследование представляет собой endpoint в вопросе лимитирующей роли радиационного фактора и снимает "биологический" лимит с дальних космических миссий", – утверждает первый автор статьи Виктор Кохан из НМИЦПН имени В. П. Сербского.
Исследователи также выяснили, какой эффект стоит за такой метаморфозой. Биохимические исследования взятых образцов мозга показали, что радиация влияет на выработку двух важных веществ: глутаминовой кислоты, которую нейробиологи кратко именуют глутаматом (не стоит путать её с популярной пищевой добавкой глутаматом натрия), и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК).
Эти нейромедиаторы оказывают противоположное действие на нервную систему: глутамат возбуждает её, а ГАМК затормаживает. Функционирование мозга во многом зависит от баланса этих двух веществ.
У крыс, исследованных на 25-й день после облучения, баланс между глутаматом и ГАМК был смещён, поскольку ГАМК вырабатывалось меньше, чем обычно. Авторы предполагают, что дело в повышении уровня фермента ГАМК-аминотрансферазы, который мешает выработке ГАМК.
Нарушение баланса вызвало у крыс повышенную тревожность, двигательную активность и улучшило их результаты в когнитивных тестах.
С течением времени баланс между глутаматом и ГАМК у облучённых животных восстановился, однако не за счёт нормализации уровня ГАМК, как можно было бы предположить, а за счёт снижения уровня глутамата.
Восстановление баланса привело к исчезновению тревожности, однако высокие результаты в когнитивных тестах сохранились.
Как надеются авторы, открытие позволит создать новые подходы к лечению нейродегенеративных и психиатрических заболеваний, связанных с изменением баланса между глутаматом и ГАМК. В частности, речь об устойчивой к лекарствам форме 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 боковом амиотрофическом склерозе", – обещает Кохан.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об устранении симптомов шизофрении с помощью магнитного поля и о новом способе защиты от высоких доз радиации.
