Научно-техническое обоснование космического эксперимента “Нейроиммунитет”

Научно-техническое обоснование
космического эксперимента “Нейроиммунитет”
Сущность исследуемой проблемы
Условия космического полета влияют на здоровье человека из-за целого
комплекса факторов внешней среды (стрессоров), которые могут проявляться
в длительных межпланетных миссиях. Стресс – это сочетание факторов,
начинающееся со стрессора, который сначала ускоряет процессы в
биологических системах, что затем активирует психологическую реакцию
тела (ответ на стресс). Долго считалось, что стресс играет важную роль в
этиологии многих болезней и многие исследования доказали, что стресс
может оказывать иммуносупрессорное воздействие и, следовательно, может
быть опасен для здоровья. Состояние стресса психологического или
физиологического происхождения может активировать или/и замедлять
реакцию врожденного или приобретенного иммунитета, что было доказано в
экспериментах с длительной изоляцией, а также в клинических и
экспериментальных условиях.
Поскольку иммунная система играет одну из самых важных ролей в
поддержании гомеостаза человеческого тела и способности бороться с
инфекционными заболеваниями, нарушения в работе иммунитета являются
одной из самых важных проблем и могут подвергнуть опасности успешное
завершение комических миссий.
Краткая история и состояние вопроса в настоящее время
Нормальное функционирование человеческого организма в космосе
подвергается воздействию психологических (изменение режима сна,
замкнутое пространство и т.д.), биологических и физических стрессовых
факторов (микрогравитация, изменение концентрации кислорода, радиация и
т.д.) [7, 9, 11-13, 15, 16, 19, 20]. Как следствие иммунная система испытывает
воздействие гормонов, гормоноподобных веществ, а также радиации, что все
вместе ведет к дисбалансу функционирования иммунитета и может вызвать
возникновение заболеваний [3-5, 8, 11]. Кроме того, стрессоры, например,
замкнутое пространство, гиподинамия и гипокинезия влияют на
эмоциональное и когнитивное состояние человека [1, 2, 10], что может
вызвать дополнительные проблемы, которые в свою очередь также могут
косвенно сказаться на иммунитете. Возможные заболевания сами по себе
также являются стрессорными факторами и могут тем самым оказывать
дополнительное влияние на все системы организма.
По-видимому, стресс инициирует целый ряд патофизиологических
изменений, включая выработку стрессорных гормонов и активацию ВНС и
ПС, а также изменения в медиаторах иммунной системы, которые, как
известно, влияют на функционирование мозга [3, 14, 20]. Доказано, что ЭКС
активируется в состоянии стресса и регулирует функционирование клеток
иммунитета у животных и людей, включая развитие Т-хелперов и хемотаксис
[6, 20]. Вероятно, на иммунную систему оказывает влияние изменение
режима сна, а также боль [17, 18]. Радиационный стресс, как следствие
повышенного радиационного уровня в космосе, также может оказывать
прямое негативное воздействие на иммунную регуляцию, что необходимо
учитывать, поскольку последствия воздействия космической радиации на
клетки иммунитета мало изучены [15].
Эндогенная система, отвечающая на стресс, имеет давнее происхождение и
возникла в течение длительного эволюционного развития жизни на Земле.
Поскольку эволюционно не предполагалось, что человек покинет планету,
сложно предсказать как стрессорные факторы полета скажутся на эндогенной
системе и какие длительные последствия они могут иметь для организма
космонавта/астронавта. Таким образом, необходимо исследовать адаптацию
человека к критическим стрессорным факторам и их влияние на иммунную
систему. В дальнейшем это поможет защитить космонавтов и астронавтов от
потенциальных негативных последствий для их здоровья.
Список литературы
1.
Ничипорук И.А., Васильева Г.Ю., Носков В.Б., Моруков Б.В. Динамика
состава тела, нейрогуморального и психофизиологического статуса человека
в условиях 105-суточной изоляции // Авиакосмич. и экологич. мед. 2011. Т.
45. №2. С. 39-44.
2.
Ничипорук И.А., Васильева Г.Ю., Рыкова М.П., Антропова Е.Н.,
Берендеева Т.А., Пономарев С.А., Моруков Б.В. Анализ взаимосвязей
психофизиологического статуса и системы адаптивного иммунитета человека
в условиях 5-суточной «сухой» иммерсии // Авиакосмич. и экологич. мед.
2011. Т. 45. №6. С.57-63.
3.
Ничипорук И.А., Васильева Г.Ю., Рыкова М.П., Моруков Б.В.
Динамика концентрации нейроспецифических белков в крови и риск
развития нейропатий в условиях 105-суточной изоляции в гермообъекте //
Авиакосмич. и экологич. мед. 2011. Т. 45. №3. С. 24-29.
4.
Рыкова М.П., Герцик Ю.Г., Антропова Е.Н., Буравкова Л.Б. Уровень
сывороточных иммуноглобулинов, аллерген-специфических IgE-антител и
интерлейкина-4 у космонавтов до и после кратковременных космических
полетов на международной космической станции// Физиология человека.
2006. Т. 32. №4. С. 97-101.
5.
Рыкова М.П., Герцик Ю.Г., Антропова Е.Н. и др. Влияние факторов
длительной изоляции на формирование аллергических реакций у
человека//Авиакосмическая и экологическая медицина. 2004. Т. 38. №3. С.
24-29.
6.
Choukèr A, Kaufmann I, Kreth S, Hauer D, Feuerecker M, Thieme D,
Vogeser M, Thiel M, Schelling G. Motion sickness stress and the endocannabinoid
system // PLoS One. 2010 May 21;5(5).
7.
Choukèr A, Morukov B., Sams C. Clinical Immunology in New Frontiers.
In: Scientific American: Looking up- Europe´s quiet Revolution in Microgravity
Research, 2008 , 24-31.
8.
Choukèr A, Smith L, Christ F, Larina I, Nichiporuk I, Baranov V,
Bobrovnik E, Pastushkova L, Messmer K, Peter K, Thiel M. Effects of
confinement (110 and 240 days) on neuroendocrine stress response and changes of
immune cells in men// J. Appl. Physiol. 2002 Apr;92(4):1619-27.
9.
Cohrs RJ, Mehta SK, Schmid DS, Gilden DH, Pierson DL. Asymptomatic
reactivation and shed of infectious varicella zoster virus in astronauts // J. Med.
Virol. 2008 Jun;80(6):1116-22.
10.
CorneveauxJ., OsborneD., WollmerM.A., AerniA., ColucciaD., HanggiJ.,
MondadoriC.R., BuchmannA., ReimanE.M., CaselliR.J., HenkeK.,
deQuervainD.J-F.
Commonkibraallelesareassociatedwithhumanmemoryperformance // Science
314:475-8 (2006).
11.
Crucian B, Sams C. Immune system dysregulation during spaceflight:
clinical risk for exploration-class missions // J. Leukoc. Biol. 2009
Nov;86(5):1017-8.
12.
Crucian BE, Stowe RP, Pierson, DL and Sams CF. (2008) Immune system
dysregulation following short- vs longduration spaceflight // Aviat. Space Environ.
Med. 2008 Sep;79(9):835-43.
13.
Crucian, BE, Cubbage, ML and Sams, CF. (2000) Altered cytokine
production by specific human peripheral blood cell subsets immediately following
space flight // Journal of Interferon and Cytokine Research 20.6: 547-556.
14.
De Quervain, D. J.-F., Roozendaal, B., and McGaugh, J. L. Stress and
glucocorticoids impair retrieval of long-term spatial memory // Nature, 394, 787790 (1998).
15.
De Vos W., B. Dieriks, K. Van Oostveldt, G. Meesen, M. Ghardi, S.
Baatout, P. Van Oostveldt. A single cell based cytometry approach to evaluate
space radiation effects on normal human fibroblasts during the Foton M3 mission
// Radiation Research (2010).
16.
Grigoriev A.I., Morukov B.V., Vorobyev D.V. Water and electrolyte studies
during long-term missions onboard the space station Saluyt and Mir // Clinical
Investigator. 1994. V. 72. P. 169–189.
17.
Kaufmann I, Eisner C, Richter P, Huge V, Beyer A, Chouker A, Schelling
G, Thiel M. Lymphocyte subsets and the role of TH1/TH2 balance in stressed
chronic pain patients // Neuroimmunomodulation. 2007;14(5):272-80.
18.
Kaufmann I, Eisner C, Richter P, Huge V, Beyer A, Choukèr A, Schelling
G, Thiel M. Psychoneuroendocrine stress response may impair neutrophil function
in complex regional pain syndrome // Clin. Immunol. 2007 Oct;125(1):103-11.
19.
Stowe, R., Sams, C., Mehta, S., Kaur, I., Jones, M., Feeback, D and Pierson,
D. (1999) Leukocyte subsets and neutrophil function after short-term space flight //
Journal of Leukocyte Biology 65: 179-186.
20.
Strewe C., Feuerecker M., Nichiporuk I., Kaufmann I., Hauer D., Morukov
B., Schelling G., Choukèr A. Effects of parabolic flight and spaceflight on the
endocannabinoid system in humans //Rev. Neurosciences. 2012. V. 23, № 5-6. P.
673–680.
Обоснование необходимости проведения КЭ в условиях космического
пространства
КЭ Нейроиммунитет является комплексным исследованием, которое
призвано расширить и углубить знания о физиологической адаптации
иммунного ответа организма человека в условиях длительных и
сверхдлительных космических полётов.
Описание КЭ (порядок проведения, принципиальные требования к условиям
выполнения КЭ, определяющие качество получаемой научной информации,
технические особенности НА и т.п.)
Эксперимент должен быть проведен с участием не менее чем 12-ти
космонавтов в условиях длительных космических полетов с условием
получения всех запланированных биологических проб и результатов
измерений и тестирования.
Новизна, оценка качественного уровня по сравнению с аналогичными
отечественными и зарубежными исследованиями
Нейроиммунитет – новое комплексное исследование, направленное на
получение научных знаний относительно стадий и выраженности процесса
физиологической адаптации человека к непривычной среде обитания во
время длительных космических полетов. Результаты этого исследования, в
силу его мультидисциплинарности и целостности, будут важны не только для
медико-биологического обеспечения длительных орбитальных и
межпланетных полетов, но и для понимания сложных механизмов
взаимодействия систем регуляции обмена веществ и состояния иммунитета,
выраженности стресса, что даст возможность разработать новые и
современные подходы для профилактики нарушений иммунной системы не
только в условиях микрогравитации, но и в практической медицине.
Ожидаемые результаты и их предполагаемое использование
В связи с тем, что данное мультидисциплинарное исследование охватывает
много направлений, его результаты будут важны не только в свете
длительных космических миссий - понимание комплексного взаимного
влиянии сознания, стресса и иммунитета обеспечит необходимые сведения
для того, чтобы принять подходящие меры противодействия для
предотвращения нежелательного иммунологического ответа организма в
стрессовых условиях как в космосе, так и на Земле.
Характеристики рисков и дискомфорта, связанных с воздействием на
экипаж экспериментальных процедур (при необходимости)
Выполнение компьютерных тестов, проведение экг-исследований безопасно.
При выполнении полетной процедуры взятия венозной крови возможны
следующие дискомфортные ощущения и осложнения:
- временный дискомфорт и боль в месте прокола кожи канюлей
“Бабочка”;
- *образование гематомы в результате поступления небольшого объема
крови из вены в подкожную клетчатку;
- **образование тромба в месте прокола вены с последующим его
инфицированием.
Осложнение, отмеченное *, имеет вероятность малую, но все-таки несколько
большую, чем при соответствующей манипуляции в клинике, особенно - в
случае недостаточно высокого профессионального навыка венепункции у
оператора.
Осложнение, отмеченное **, также имеет малую вероятность - не большую,
чем при соответствующей манипуляции в клинике.
Для купирования обоих возникших осложнений следует во время сеанса
связи получить консультацию у врача экипажа, после чего использовать
средства бортовой аптечки.
Мерами обеспечения безопасности выполнения полетных процедур по КЭ
являются:
- соблюдение правил асептики, являющихся составной частью
процедур, которым обучают операторов в предполетном периоде;
- обучение взятию крови из вены (венепункции) до момента
образования устойчивого навыка, с последующим его поддержанием, в том
числе на “сложных” венах;
- консультация с врачом экипажа при необходимости принятия мер для
устранения осложнений.
Операции взятия проб венозной крови во время полета могут быть
согласованы с операциями сбора проб для других исследований, что не
увеличивает опасность для здоровья и вероятность осложнений.
Уровень риска следует рассматривать как допустимый.