Особенности процессов липопероксидации и реакций системы антиоксидантной защиты у космонавтов после полетов различной продолжительности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

14.03.08 - авиационная, космическая и морская медицина

Особенности процессов липопероксидации и реакций системы антиоксидантной защиты у космонавтов после полетов различной продолжительности

Журавлева Ольга Александровна

Москва, 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации - институте медико-биологических проблем Российской академии наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук Моруков Борис Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Ильин Вячеслав Константинович

доктор медицинских наук Давыдов Борис Васильевич

Ведущее учреждение: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина»

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Левинских Маргарита Александровна

1. Общая характеристика работы

антиоксидантный защита космонавт

Актуальность проблемы

Освоение космоса явилось одним из величайших достижений ХХ столетия. Интенсивное развитие пилотируемой космонавтики превратило околоземное космическое пространство в новую среду обитания, где человек в течение длительного времени может жить и продуктивно работать (Григорьев А.И., Ильин Е.А., 1995; Никогосян А.Е., Дитлайн Л.Ф., Хаус Н.Г., Воган К.Ф., 2001).

К настоящему времени накоплен огромный фактический материал, касающийся различных сторон жизнедеятельности человеческого организма в условиях космического полета и во время периода восстановления (ПВ) после него. Полагают, что процесс адаптации человека к невесомости более легок и достигается меньшей «физиологической ценой», чем реадаптация к земной силе тяжести после длительного пребывания на околоземной орбите. Возникающие у космонавтов во время восстановительного периода срочные и долговременные приспособительные реакции направлены на возвращение к предполетному уровню функционирования жизненно важных систем и органов и подчиняются физиологическим закономерностям (Григорьев А.И., Егоров А.Д., 1997). На их основе происходит формирование общего адаптационного синдрома (Меерсон Ф.З., 1993).

Существенный вклад в развитие этого синдрома вносят процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) и реакции системы антиоксидантной защиты (АОЗ). В настоящее время все более актуальным становится медицинский мониторинг, используемый для оценки адаптивных возможностей организма при длительном воздействии техногенных, антропогенных (Намазбаева З.И., 2003) и других стресс-факторов (Фатеева Н.М., Киянюк Н.С., 2002; Захаров Г.А., Закиров Д.З. и др., 2002). Важная роль во время его проведения отводится определению состояния мембран клеток различных органов на основе изучения в них интенсивности протекания процессов свободнорадикального окисления липидов. Известно, что процессы ПОЛ имеют универсальный характер в плане развития патологии и являются показателями стабильности гомеостаза (Куликов В.Ю., Семенюк А.В., Колесник Л.И., 1988). Усиление липопероксидации и снижение функциональной активности системы антиоксидантной защиты способны существенно снизить резистентность организма к воздействию экстремальных факторов, к которым относятся и многочисленные факторы, действующие на организм человека в условиях космического полета. Установлено, что процессы перекисного окисления липидов являются определяющим звеном патогенеза широкого спектра заболеваний. К настоящему времени известно более 100 болезней, ведущим патогенетическим механизмом при которых выступает свободнорадикальная модификация биологических мембран клеток (Барабой В.А., 2006). Важная роль процессов липопероксидации и реакций системы антиоксидантной защиты в развитии патологии является обоснованием для использования параметров, характеризующих интенсивность ПОЛ и состояние системы АОЗ, в диагностических и прогностических целях в различных областях медицинских знаний (Камышников В.С., 2009; Poli G. et al., 2000), в том числе и в области космической медицины (Маркин А.А., 1994).

Тесная связь процессов ПОЛ со стресс-реализующими системами позволяет рассматривать параметры, характеризующие свободнорадикальное окисление липидов, в качестве показателей стрессоустойчивости организма (Панин Л.Е., 1983; Меерсон Ф.З., 1986; Дятлов Д.А., Львовская Е.И., Волчегорский И.А., 2001). В этом аспекте параметры липопероксидации у космонавтов во время и после полетов различной продолжительности до настоящего времени остаются практически неизученными. Несомненно, что для планируемых в будущем межпланетных миссий с участием человека анализ параметров перекисного окисления липидов как показателей стрессоустойчивости организма приобретает особо важное значение.

К настоящему времени известно небольшое количество работ, посвященных изучению интенсивности процессов липопероксидации и состояния системы антиоксидантной защиты у космонавтов после полетов различной продолжительности (Ушаков А.С., Иванова С.М., Атуллаханов Ф.И. и др., 1985; Зезеров А.Е., Ушаков А.С., Иванова С.М. и др., 1987; Маркин А.А., 1990; Маркин А.А., Журавлева О.А., 2001; Mengel S.E., 1974; Kimzey S.L., Johnson P.C., Ritman S.E. et al., 1976). Обсуждаемые в них данные малочисленны и противоречивы, что не позволяет сделать однозначных выводов относительно роли процессов ПОЛ и системы АОЗ в формировании адаптивных реакций во время реадаптационного периода.

Исследование интенсивности процессов перекисного окисления липидов и состояния системы антиоксидантной защиты на ранних стадиях периода восстановления и уточнение роли гипергравитационного воздействия в их формировании позволит помочь понять механизмы адаптации человека к комплексу факторов, сопровождающих переход от невесомости к земным условиям, и наметить основные принципы коррекции неблагоприятных изменений в организме космонавтов.

Цель исследования

Целью настоящего исследования явилось изучение особенностей процессов перекисного окисления липидов и реакций системы антиоксидантной защиты у космонавтов на ранних этапах периода восстановления после полетов различной продолжительности.

Задачи исследования:

Изучить интенсивность перекисного окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты у членов экипажей после кратковременных полетов на орбитальной станции (ОС) «Мир» и Международной космической станции (МКС).

Изучить интенсивность перекисного окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты у членов экипажей, совершивших длительные космические полеты на орбитальной станции «Мир» впервые и повторно.

Изучить интенсивность перекисного окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты у космонавтов после длительных полетов на Международной космической станции с возвращением на Землю на разных типах космических кораблей (КК) многоразового использования.

Выяснить характер послеполетных изменений параметров липопероксидации и системы антиоксидантной защиты у космонавтов на ранних этапах периода восстановления.

Научная новизна

В работе впервые проведено исследование показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у 21 члена экипажей, совершивших полеты продолжительностью от 8 до 12 суток на Международной космической станции. Установлено, что кратковременное пребывание на околоземной орбите не вызывает существенного отклонения концентраций показателей липопероксидации и токоферола от фоновых величин у космонавтов.

Впервые изучены особенности протекания процессов перекисного окисления липидов и реакций системы антиоксидантной защиты у космонавтов, осуществивших полеты продолжительностью до 199 суток на ОС «Мир» в первый раз и повторно. Показано, что реадаптационные изменения изученных показателей существенно ниже у космонавтов, имеющих опыт участия в полетах.

Впервые изучены интенсивность процессов перекисного окисления липидов и реакции системы антиоксидантной защиты в день посадки у космонавтов, совершивших полеты продолжительностью до 196 суток на МКС и приземлившихся на кораблях типа «Спейс Шаттл». Установлено, что на 0 сутки периода восстановления в крови членов экипажей отмечается значительное угнетение процессов свободнорадикального окисления липидов на фоне существенного повышения концентрации токоферола.

Впервые проведено исследование показателей перекисного окисления липидов и токоферола у членов экипажей после полетов на МКС продолжительностью до 217 суток, совершивших приземление на разных типах космических кораблей. Показано, что ингибирование процессов свободнорадикального окисления у космонавтов, возвратившихся на Землю на кораблях типа «Спейс Шаттл», более выражено, чем у космонавтов, совершивших посадку на кораблях «Союз ТМ».

Практическая и научная значимость работы

На относительно большом фактическом материале (обследовано 70 космонавтов) показана зависимость параметров, характеризующих процессы перекисного окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты, у космонавтов от длительности их пребывания на околоземной орбите, от наличия у членов экипажей опыта участия в полетах, от условий заключительного этапа полетов и раннего восстановительного периода. Это позволяет использовать показатели свободнорадикального окисления липидов и состояния системы антиоксидантной защиты в качестве диагностически значимых параметров при оценке и прогнозировании состояния здоровья человека, и, в частности, космонавтов в период подготовки к полету и после его завершения в разные сроки восстановительного периода.

Основные положения, выносимые на защиту

Значимые реадаптационные изменения в протекании процессов свободнорадикального окисления липидов и реакций системы антиоксидантной защиты у космонавтов после кратковременного пребывания на околоземной орбите отсутствуют.

Выраженность реадаптационных изменений интенсивности процессов липопероксидации и реакций системы антиоксидантной защиты у членов экипажей зависит от длительности орбитальных экспедиций, от наличия у космонавтов опыта участия в полетах, а также от условий заключительного этапа полетов и раннего восстановительного периода.

Значения параметров, характеризующих процессы липопероксидации в послеполетном периоде, могут быть использованы для оценки степени выраженности стресса реадаптации к условиям земной гравитации у космонавтов.

Апробация работы

Диссертация апробирована на заседании секции Ученого совета ГНЦ РФ - ИМБП РАН «Космическая физиология и биология» 15 декабря 2010 года (протокол № 9).

Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Х конференции по космической биологии и медицине (Москва, 1994 г.), на ХI конференции по космической биологии и медицине (Москва, 1998 г.), на ХII конференции по космической биологии и медицине (Москва, 2002 г.), на ХVII симпозиуме «Humans in Space for life sciences developing, peace and progress on Earth » (Москва, 2009 г.), на XXI съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Калуга, 2010 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, практических рекомендаций и приложения. Библиографический указатель включает 266 источников литературы, из них 108 зарубежных. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрирована 15 рисунками и содержит 7 таблиц.

2. Содержание работы

Материалы и методы исследований

Материалом для исследования являлась сыворотка крови 70 космонавтов, совершивших 55 экспедиций различной продолжительности на орбитальном комплексе «Мир» и Международной космической станции (МКС) в период с 1990 года по 2007 год включительно. В соответствии с программой клинико-физиологического обследования космонавтов отбор крови для исследований у участников кратковременных экспедиций проводился за 30 суток до старта и на 1 сутки периода восстановления. У космонавтов, совершивших длительные экспедиции на ОС «Мир», кровь для анализа отбирали за 30 суток до полета и на 1, 7 и 14 сутки периода реадаптации. В отдельных случаях, по решению медицинской комиссии, взятие крови у членов экипажей осуществлялось на 60 сутки ПВ. У космонавтов, участвовавших в длительных полетах на МКС, отбор крови проводился в день посадки (0 сутки ПВ), а также на 7 и 14 сутки восстановительного периода.

Кровь брали в утренние часы натощак из локтевой вены в положении лежа. В сыворотке крови определяли концентрацию первичных продуктов перекисного окисления липидов - диеновых конъюгатов (ДК), промежуточного продукта - малонового диальдегида (МДА) и конечных продуктов - шиффовых оснований (ШО), а также показателей системы антиоксидантной защиты - основного липидного антиоксиданта токоферола (ТФ) и общей антиокислительной активности крови (АОА).

Объем, структура и основные условия проведенных исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1. Объем, структура и основные условия исследований

Условия воздействия	Длительность воздействия в сутках	Обследовано космонавтов	Количество исследований на 1 человека	Всего исследований на группу
Космические полеты на ОС «Мир»	Кратковременные полеты, 4 экспедиции	8-14	4	12	48
	Впервые совершенные длительные полеты, 15 экспедиций	126-199	18	30	540
	Повторно совершенные длительные полеты, 10 экспедиций	146-199	10	24	240
Космические полеты на МКС	Кратковременные полеты, 11 экспедиций	8-12	21	10	210
	Длительные полеты с посадкой на кораблях типа «Спейс Шаттл», 5 экспедиций	125-196	8	20	160
	Длительные полеты с посадкой на кораблях «Союз ТМ», 9 экспедиций	162-217	9	25	225
Всего обследовано космонавтов: 70 Всего выполнено исследований: 1423

Определение концентрации ДК, ТФ и ШО проводили флуориметрически по методу Давыдова Б.В. и Голикова П.П., 1987 в микромодификации Деленян Н.В. и Маркина А.А., 1988 с использованием для измерений спектрофлуориметра “Hitachi 650-60”(Япония).

Концентрацию МДА определяли флуориметрически по методу Yagi K., 1976. Для измерений использовали спектрофлуориметр “Hitachi 650-60”(Япония).

Величину общей антиокислительной активности крови определяли спектрофотометрически по методу Stocks J, 1974 в микромодификации Деленян Н.В. и Маркина А.А., 1988 с использованием для измерений спектрофотометра “Beckman DU-7” (США).

Статистическую обработку данных проводили методами вариационной статистики с применением пакета прикладных программ Statistica for Windows, Kernel Release 5.5 A фирмы StatSoft, Inc. (США). Экстремальные значения из генеральной совокупности исключали с помощью критерия Dixon (Закс Л., 1976). Затем вычисляли среднюю арифметическую (М) и среднеквадратичную ошибку (±m). Достоверность различий между средними в группах данных и межгрупповые различия вычисляли с помощью t- критерия Стъюдента, принимая выявленные различия значимыми при р<0,05.

Результаты исследований и их обсуждение

1. Динамика показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у космонавтов, совершивших кратковременные полеты на орбитальной станции « Мир» и Международной космической станции

У 4 космонавтов, совершивших орбитальные экспедиции на ОС «Мир» продолжительностью от 8 до 14 суток, величины всех исследованных параметров перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты на следующие сутки после приземления достоверно не отличались от предполетных показателей (рисунок 1).

Рисунок 1. Концентрации продуктов перекисного окисления липидов и показателей системы антиоксидантной защиты у 4 космонавтов до и после полетов на ОС «Мир» продолжительностью от 8 до 14 суток. Изученные показатели: ДК-диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); МДА- малоновый диальдегид (нмоль/мл); ШО-шиффовы основания (Ед/мг липидов); ТФ- токоферол (мкг/мг липидов); АОА- антиокислительная активность крови (%, масштаб 1:10). М - среднее арифметическое концентраций изученных показателей. Статистический разброс данных представлен в виде доверительных интервалов.

Условия орбитальных экспедиций на Международной космической станции существенно отличались от таковых на ОС «Мир». На орбитальном комплексе «Мир» в полетах участвовали только космонавты-профессионалы, в полетах на МКС наряду с профессиональными космонавтами принимали участие и непрофессионалы разных возрастных групп. Кроме того, значительно отличались условия пребывания на станциях. Приземление космонавтов и в том, и в другом случае осуществлялось на кораблях многоразового использования «Союз ТМ». Тем не менее, после полетов на МКС продолжительностью от 8 до 12 суток концентрации показателей липопероксидации и основного липидного антиоксиданта ТФ на следующие сутки после приземления у 21 члена экипажей так же существенно не отличались от предполетных данных (рисунок 2).

Рисунок 2. Концентрации показателей перекисного окисления липидов и токоферола у 21 космонавта до и после полетов продолжительностью от 8 до 12 суток на Международной космической станции. Изученные показатели: ДК-диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); МДА- малоновый диальдегид (нмоль/мл); ШО-шиффовы основания (Ед/мг липидов); ТФ- токоферол (мкг/мг липидов). М - среднее арифметическое концентраций изученных показателей. Статистический разброс данных представлен в виде доверительных интервалов.

Таким образом, у космонавтов, совершивших полеты на ОС «Мир» и МКС длительностью до двух недель, на 1 сутки периода восстановления значимые отклонения от фонового уровня параметров липопероксидации и системы антиоксидантной защиты отсутствовали.

2. Динамика показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у космонавтов, совершивших длительные полеты на орбитальной станции «Мир».

Среди 28 обследованных космонавтов, участвовавших в основных орбитальных экспедициях на ОС «Мир» продолжительностью от 126 до 199 суток, были те, кто летали в космос один раз и те, которые совершили несколько полетов. Установлено, что при повторных полетах у космонавтов существенно нивелируется психосенсорный дискомфорт (Мясников В.И., Замалетдинов И.С., 1997). По мнению А.Р. Котовской, члены экипажа, не впервые участвующие в полете, на собственном опыте имеют представление о том, как действуют на организм посадочные перегрузки, и, соответственно, могут более успешно осуществить комплекс специально разработанных мероприятий, направленных на снижение их негативного влияния (Котовская А.Р., Виль-Вильямс И.Ф., 2001). В модельных экспериментах с участием добровольцев К.В. Смирнов отмечал минимизацию функциональных нарушений в пищеварительной системе при повторном вращении испытуемых на центрифуге (Смирнов К.В., Уголев А.М., 1981). В экспериментах на крысах так же получены данные, свидетельствующие об ускорении адаптации животных к повторному гипергравитационному воздействию. При электронно-микроскопическом, гистологическом и иммуноцитохимическом изучении гипофиза, щитовидной железы (Краснов И.Б., Алексеев Е.И., Логинов В.И., 1997), поджелудочной железы (Alexeev E.I., Krasnov I.B., 2002), сердечной мышцы (Lipina T., Shornicova M., Frolov V. et al., 2002; Pogodina L., Shornicova M., Chentsov Y. Et al., 2002), а также некоторых структурных образований мозга (Краснов И.Б., Фиделина О.В. и др., 2000; Краснов И.Б., Дьячкова Л.Н., 2007) у крыс, подвергавшихся повторному, отставленному на длительное время воздействию гипергравитации (2G), обнаружены функциональные и структурные изменения в изучаемых органах, которые облегчали адаптацию животных к повторному пребыванию в моделируемых условиях.

В связи с вышеизложенным космонавты, участвовавшие в длительных орбитальных экспедициях на ОС «Мир», разделены на две группы. В основу разделения положена примерно одинаковая длительность полетов, совершенных либо впервые, либо повторно.

В периоде восстановления у 18 членов экипажей, впервые совершивших полеты на орбитальной станции «Мир» продолжительностью от 126 до 199 суток, наблюдались выраженные изменения показателей ПОЛ и системы АОЗ (рисунок 3).

Рисунок 3. Динамика показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у 18 космонавтов в периоде восстановления (ПВ) после впервые совершенных полетов на ОС «Мир» продолжительностью от 126 до 199 суток. Изученные показатели: ДК-диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); МДА- малоновый диальдегид (нмоль/мл); ШО-шиффовы основания (Ед/мг липидов); ТФ- токоферол (мкг/мг липидов); АОА - общая антиокислительная активность крови (%).

Достоверность различий с фоновыми значениями: - р<0,01; - р<0,05.

 Во все сроки послеполетного обследования у космонавтов, впервые участвовавших в длительных полетах на ОС «Мир», наблюдались достоверные изменения концентраций изученных параметров по сравнению с фоновыми данными, за исключением содержания ШО. На 1 сутки после приземления содержание ДК в крови членов экипажей снизилось на 71% по сравнению с предполетными величинами и осталось приблизительно на этом уровне вплоть до 60-х суток ПВ. Концентрация МДА у космонавтов была достоверно снижена в среднем на 31 % в первые три срока послеполетного обследования и осталась на 20% ниже исходных величин на 60 сутки периода реадаптации. Содержание в крови ШО у впервые осуществивших длительные полеты членов экипажей практически не изменялось. Что касается показателей системы АОЗ, то концентрация основного липидного антиоксиданта токоферола у космонавтов достоверно увеличивалась в 1,5 раза на 1 сутки после приземления и оставалась приблизительно на этом уровне во все последующие сроки обследования вплоть до 60-х суток ПВ. Общая антиокислительная активность крови у впервые совершивших длительные полеты членов экипажей достоверно уменьшалась в первые три срока обследования: на 23 % на 1 сутки, на 12 % на 7 сутки и на 30 % на 14 сутки относительно предполетных показателей. На 60 сутки ПВ значения АОА у всех обследованных участников впервые совершенных экспедиций (5 человек) возвращались к исходному уровню.

Суммируя полученные данные, можно полагать, что у космонавтов, впервые совершивших длительные полеты на ОС «Мир», наблюдалось значительное снижение концентрации первичных и промежуточных продуктов ПОЛ на фоне существенного увеличения содержания в крови ТФ и уменьшения общей АОА. Такая совокупность значений показателей липопероксидации и системы антиоксидантной защиты свидетельствует о том, что у членов экипажей, впервые участвовавших в основных орбитальных экспедициях на ОС «Мир», даже к 60-м суткам после полетов наблюдалось выраженное угнетение процессов перекисного окисления липидов, сопровождающееся напряжением системы антиоксидантной защиты.

У 10 космонавтов, повторно совершивших полеты на ОС «Мир» продолжительностью от 146 до 197 суток, во время всех сроков послеполетного обследования сохранялась та же направленность изменений процессов перекисного окисления липидов и состояния системы антиоксидантной защиты.

Динамика исследованных показателей липопеоксидации и системы антиоксидантной защиты у участников длительных экспедиций на ОС «Мир», совершенных повторно, представлена на рисунке 4 (с. 13).

Рисунок 4. Динамика показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у 10 космонавтов в периоде восстановления (ПВ) после повторных полетов на ОС «Мир» продолжительностью от 146 до 197 суток. Изученные показатели: ДК- диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); МДА - малоновый диальдегид (нмоль/мл); ШО - шиффовы основания (Ед/мг липидов); ТФ- токоферол (мкг/мг липидов); АОА - общая антиокислительная активность крови (%).

Достоверность различий с фоновыми значениями: -р<0,01; -р<0,05.

 После повторно совершенных полетов на ОС «Мир» на 1 сутки после приземления концентрация ДК в крови космонавтов была достоверно снижена по сравнению с исходными данными на 42%. На 7 сутки ПВ их содержание снизилось еще на 11 % по отношению к фоновым величинам. На 14 сутки реадаптационного периода уровень первичных продуктов ПОЛ достоверно не отличался от фонового. Содержание МДА в крови участников повторных полетов на ОС «Мир» на следующие сутки после приземления существенно не изменялось, достоверно снижалось на 43% на 7 сутки и возвращалось к исходному предполетному уровню на 14 сутки ПВ. Концентрация ШО в крови участников повторных экспедиций на ОС «Мир» во время всех сроков послеполетного обследования практически не изменялась. Содержание основного липидного антиоксиданта ТФ после повторных полетов в крови космонавтов достоверно увеличивалось на 90% на следующие сутки после приземления, оставалось на 67% выше исходных значений на 7 сутки, а на 14 сутки его концентрация достоверно не отличалась от исходных величин. Общая антиокислительная активность крови у космонавтов после повторных полетов на ОС «Мир» оставалась практически на уровне фоновых данных на всех сроках послеполетного обследования.

Таким образом, после повторных полетов на ОС «Мир» длительностью от 146 до 197 суток в крови членов экипажей происходило выраженное снижение концентрации первичных и промежуточных продуктов липопероксидации, сопровождающееся ранним почти двукратным увеличением концентрации токоферола на фоне поддерживаемой практически на неизменном уровне общей антиокислительной активности. Реадаптационные сдвиги реакций свободнорадикального окисления и связанное с ними напряжение системы антиоксидантной защиты после повторных полетов у космонавтов практически нивелировались уже к 14 суткам периода восстановления.

Сопоставляя результаты исследований процессов ПОЛ и системы АОЗ после первичных и повторных полетов на ОС «Мир», следует отметить, что наблюдаются достоверные межгрупповые различия по уровням первичных и промежуточных продуктов ПОЛ во все сроки послеполетного обследования (рисунок 5).

Рисунок 5. Динамика показателей липопероксидации в периоде восстановления (ПВ) в группе из 18 космонавтов, впервые совершивших полеты продолжительностью от 126 до 199 суток на ОС «Мир», и в группе из 10 космонавтов, повторно совершивших полеты продолжительностью от 146 до 197 суток на ОС «Мир». Изученные показатели: диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); малоновый диальдегид (нмоль/мл).

Достоверность межгрупповых различий: -р<0.01; -р<0.05.

Концентрация ДК после впервые осуществленных полетов у космонавтов была снижена в среднем на 72% относительно фоновых данных во все сроки послеполетного обследования. После повторных же полетов величина этого показателя была ниже предполетных значений на 42% и 53% на 1 и 7 сутки ПВ соответственно, а на 14 сутки она достоверно не отличалась от фоновых данных. Содержание МДА у участников впервые совершенных длительных экспедиций на ОС «Мир» было достоверно снижено относительно исходных значений в среднем на 31 % во все сроки послеполетного обследования, а после повторных полетов уровень МДА достоверно изменялся только на 7 сутки, практически возвращаясь к предполетным величинам на 14 сутки реадаптационного периода.

Таким образом, изменение содержания в крови членов экипажей ДК и МДА после впервые осуществленных длительных орбитальных экспедиций значительно более выражено, чем после экспедиций приблизительно той же продолжительности, совершенных повторно.

Что касается системы АОЗ, то ее реакции у космонавтов после впервые осуществленных и повторных полетов на ОС «Мир» имели принципиально различный характер (рисунок 6).

Рисунок 6. Динамика показателей системы антиоксидантной защиты в периоде восстановления (ПВ) в группе из 18 космонавтов, впервые совершивших полеты продолжительностью от 126 до 199 суток на ОС «Мир», и в группе из 10 космонавтов, повторно совершивших полеты продолжительностью от 146 до 197 суток на ОС «Мир».

Изученные показатели: токоферол (мкг/мг липидов); общая антиокислительная активность крови (%).

Достоверность межгрупповых различий: -р<0.05.

Так, уровень токоферола у космонавтов после впервые осуществленных орбитальных экспедиций на ОС «Мир» был повышен в среднем в 1,5 раза по отношению к фону во все сроки послеполетного обследования, причем максимум его отмечался на 14 сутки ПВ, а после повторных экспедиций максимальное, почти двукратное, его увеличение отмечалось у космонавтов в день посадки, а затем уровень основного липидного антиоксиданта прогрессивно снижался. В день приземления межгрупповые различия концентрации ТФ у членов экипажей были статистически достоверными. Принципиально важно и то, что у участников впервые совершенных орбитальных экспедиций на ОС «Мир» отмечалось достоверное снижение общей АОА по сравнению с фоновыми данными на 1, 7 и 14 сутки ПВ. А у участников повторных экспедиций во время восстановительного периода показатели общей АОА существенно не отличались от предполетного уровня. На 1 и 14 сутки реадаптационного периода межгрупповые различия концентраций общей АОА у космонавтов были статистически достоверны. Иначе говоря, у участников повторных полетов отмечалась более выраженная реакция системы антиоксидантной защиты на ранних сроках реадаптации, чем это имело место у космонавтов, совершивших полеты впервые.

Таким образом, направленность изменений процессов ПОЛ и реакций системы АОЗ у космонавтов после впервые совершенных и повторных полетов на ОС «Мир» была одинакова, но после повторных полетов реадаптационные сдвиги вышеназванных показателей в крови членов экипажей выражены в значительно меньшей степени. Кроме того, у участников повторных орбитальных экспедиций отмечалась более выраженная ранняя активация системы антиоксидантной защиты, что, возможно, и позволило быстрее нивелировать реадаптационные сдвиги в протекании процессов липопероксидации.

Резюмируя вышеизложенное, можно полагать, что восстановление организма после повторных длительных полетов на ОС «Мир» происходило быстрее, а реадаптационный период протекал более благоприятно, чем после впервые совершенных основных орбитальных экспедиций. Выраженность послеполетных изменений показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты зависит от наличия у космонавтов опыта участия в полетах.

3. Динамика показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у космонавтов, совершивших длительные полеты на Международной космической станции

Космонавты, совершившие полеты на Международной космической станции длительностью от 125 до 217 суток, разделены на две группы. Разделение обусловлено тем, что члены экипажей первых пяти экспедиций осуществляли посадку на кораблях многоразового использования типа «Спейс Шаттл», а космонавты последующих девяти экспедиций возвращались на Землю на кораблях «Союз ТМ». На основании того, что технические характеристики данных видов космических кораблей различны, а также существенно различаются уровни перегрузок при спуске с околоземной орбиты, подобное разделение сочтено уместным и необходимым.

У 8 космонавтов, совершивших полеты на Международной космической станции продолжительностью от 125 до 196 суток и осуществивших приземление на кораблях многоразового использования типа «Спейс Шаттл», в периоде восстановления наблюдались выраженные изменения концентрации продуктов липопероксидации и токоферола (рисунок 7).



Рисунок 7. Динамика показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у 8 космонавтов в периоде восстановления (ПВ) после полетов на Международной космической станции продолжительностью от 125 до 196 суток с приземлением на кораблях типа «Спейс Шаттл».

Изученные показатели: ДК - диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); МДА- малоновый диальдегид (нмоль/мл); ШО - шиффовы основания (Ед/мг липидов); ТФ- токоферол (мкг/мг липидов).

Достоверность различий с фоновыми значениями: - р<0,01; - р<0,05.

В день приземления концентрация ДК в крови космонавтов, осуществивших посадку на кораблях типа «Спейс Шаттл», была достоверно снижена в среднем на 70 % относительно предполетных величин на 0 и 7 сутки ПВ. На 14 сутки реадаптационного периода она оставалась в 1,5 раза ниже исходных данных. Содержание МДА было достоверно сниженным в среднем на 33 % относительно фоновых значений во все сроки послеполетного обследования. Концентрация в крови космонавтов ШО существенно не изменялась. Что касается реакций системы антиоксидантной защиты, то содержание ТФ достоверно и прогрессивно увеличивалось: с 58% в день приземления до 75 % на 14 сутки восстановительного периода относительно предполетных величин.

Таким образом, у космонавтов, совершивших полеты на МКС продолжительностью от 125 до 196 суток и осуществивших посадку на кораблях типа «Спейс Шаттл», в послеполетном периоде наблюдалось значительное снижение концентраций первичных и промежуточных продуктов липопероксидации на фоне существенного прогрессивного увеличения содержания в крови основного липидного антиоксиданта токоферола.

У 9 космонавтов, совершивших полеты на МКС длительностью от 162 до 217 суток и осуществивших посадку на кораблях «Союз ТМ», направленность послеполетных изменений в протекании процессов липопероксидации и реакций системы антиоксидантной защиты совпадала с таковой у 8 участников экспедиций, совершивших приземление на кораблях типа «Спейс Шаттл» (рисунок 8).



Рисунок 8. Динамика показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у 9 космонавтов в периоде восстановления (ПВ) после полетов на Международной космической станции продолжительностью от 162 до 217 суток с приземлением на кораблях «Союз ТМ».

Изученные показатели: ДК - диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); МДА - малоновый диальдегид (нмоль/мл); ШО- шиффовы основания (Ед/мг липидов); ТФ- токоферол (мкг/мг липидов).

Достоверность различий с фоновыми значениями: - р<0,05.

Концентрация ДК в крови космонавтов в день посадки была практически на уровне предполетных величин. На 7 сутки содержание первичных продуктов ПОЛ достоверно уменьшалось на 30% относительно фоновых данных. На 14 сутки послеполетного периода наметилась тенденция к возвращению концентрации ДК на исходный уровень. Содержание МДА у космонавтов, приземлившихся на кораблях «Союз ТМ», на 0 сутки снижалось незначительно относительно фоновых значений. На 7 сутки ПВ уровень малонового диальдегида у членов экипажей был достоверно ниже предполетных величин на 40 %. На 14 сутки реадаптационного периода наметилась тенденция к его нормализации. Содержание в крови космонавтов ШО практически не изменялось по сравнению с фоновыми данными. Концентрация основного липидного антиоксиданта ТФ в крови членов экипажей, осуществивших посадку на кораблях «Союз ТМ», была достоверно повышенной в среднем на 24 % во время первых двух сроков обследования. На 14 сутки реадаптационного периода наметилась тенденция к ее нормализации. Таким образом, у космонавтов, совершивших полеты на Международной космической станции длительностью от 162 до 217 суток и осуществивших посадку на кораблях «Союз ТМ», отмечалось значительное снижение в крови концентраций первичных и промежуточных продуктов липопероксидации на фоне раннего существенного увеличения уровня токоферола. При сопоставлении реадаптационных изменений параметров ПОЛ, развивающихся после посадки на кораблях типа «Спейс Шаттл» и «Союз ТМ», обращают на себя внимание статистически достоверные межгрупповые различия концентраций ДК на 0 и 7 сутки, а также МДА на 14 сутки ПВ (рисунок 9).

Рисунок 9. Динамика показателей липопероксидации в периоде восстановления (ПВ) в группе из 8 космонавтов, совершивших полеты на МКС продолжительностью от 125 до 196 суток и приземлившихся на кораблях типа «Спейс Шаттл», и в группе из 9 космонавтов, совершивших полеты продолжительностью от 162 до 217 суток и приземлившихся на кораблях «Союз ТМ». Изученные показатели: диеновые конъюгаты (мкэкв/мг липидов); малоновый диальдегид (нмоль/мл).

Достоверность межгрупповых различий: -р<0.01; - р<0.05.

Так, концентрация ДК в крови космонавтов, приземлившихся на КК типа «Спейс Шаттл», на 0 сутки ПВ была снижена на 69 % по сравнению с фоновыми величинами, в то время как у членов экипажей, совершивших посадку на кораблях «Союз ТМ», она достоверно не отличалась от исходных данных. На 7 сутки восстановительного периода содержание первичных продуктов ПОЛ у космонавтов первой группы было на том же уровне, что и в день посадки, а у космонавтов второй группы оно было лишь на 30 % ниже предполетных величин. Концентрация МДА у членов экипажей, возвратившихся на Землю на кораблях типа «Спейс Шаттл», на 14 сутки периода восстановления оставалась на 45 % ниже исходных данных. А у космонавтов, совершивших посадку на КК «Союз ТМ», на этом сроке обследования уровень МДА достоверно не отличался от фонового.

Таким образом, реадаптационные сдвиги в протекании процессов липопероксидации, особенно на начальной стадии, существенно менее выражены у космонавтов, приземлившихся на кораблях «Союз ТМ».

Что же касается уровня основного липидного антиоксиданта ТФ, то его изменения у космонавтов, приземлившихся на разных типах кораблей, в динамике периода восстановления имели неодинаковую направленность (рисунок 10).



Рисунок 10. Динамика токоферола у 8 космонавтов в периоде восстановления (ПВ) после полетов на МКС продолжительностью от 125 до 196 суток с приземлением на кораблях типа «Спейс Шаттл» и у 9 космонавтов после полетов продолжительностью от 162 до 217 суток с приземлением на кораблях «Союз ТМ»

Так, у космонавтов, возвратившихся на Землю на кораблях типа «Спейс Шаттл», имело место прогрессивное выраженное увеличение концентрации ТФ в динамике периода восстановления. А у членов экипажей, приземлившихся на кораблях «Союз ТМ», уровень основного липидного антиоксиданта был самым высоким в день посадки относительно исходных величин и имел тенденцию к нормализации на 14 сутки ПВ. Достоверных межгрупповых различий в содержании в крови космонавтов токоферола выявлено не было, хотя по отношению к фоновым значениям в обеих группах были выявлены существенные различия.

Таким образом, реадаптационные сдвиги показателей, характеризующих интенсивность липопероксидации, и изменения концентрации основного липидного антиоксиданта ТФ существенно менее выражены у космонавтов, совершивших полеты на МКС продолжительностью от 162 до 217 суток и приземлившихся на кораблях «Союз ТМ». Поскольку все без исключения длительные орбитальные экспедиции на Международной космической станции являлись для обследованных членов экипажей повторными, а отличались условия заключительного этапа полетов, можно полагать, что именно условия посадки оказали заметное влияние на формирование реадаптационных изменений процессов перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты.

Обращает на себя внимание тот факт, что концентрация конечных продуктов липопероксидации - шиффовых оснований практически не менялась по сравнению с предполетными показателями в динамике периода восстановления после всех без исключения описанных выше космических полетов. Поскольку возрастание уровня ШО можно ожидать только при резком увеличении интенсивности ПОЛ, развившемся в результате прогрессирования патологического процесса, снижения резистентности и компенсаторных возможностей организма, значительного угнетения системы АОЗ (Камышников В.С., 2009), то можно полагать, что реадаптационные сдвиги процессов липопероксидации не носили патологического характера и адекватно компенсировались организмом, на что в зависимости от условий полетов требовалось различное время.

Отсутствие изменений параметров, характеризующих процессы свободнорадикального окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты, после кратковременных космических полетов и выраженность этих изменений после длительных орбитальных экспедиций дает основания утверждать, что длительность пребывания в невесомости влияет на формирование реадаптационных сдвигов в протекании свободнорадикальных процессов и реакций системы антиоксидантной защиты. После впервые совершенных длительных полетов выявлен стойкий выраженный дисбаланс в функционировании водорастворимых (АОА) и жирорастворимых (ТФ) антиоксидантов. Реадаптационные изменения концентраций первичных, промежуточных продуктов ПОЛ и ТФ сохранялись в этой группе космонавтов до 60 суток восстановительного периода. У участников повторных длительных орбитальных экспедиций на ОС «Мир» изменения показателей ПОЛ практически нивелировались уже к 14-м суткам после приземления. При этом уровень общей АОА оставался близок к фоновому на протяжении всех сроков послеполетного обследования, а содержание в крови космонавтов ТФ превышало исходный его уровень на 30 % . Более быстрая нормализация окислительных реакций у космонавтов после длительных полетов, осуществленных повторно, подтверждается так же тем фактом, что ни разу после повторных полетов на ОС «Мир» не было назначено обследование на 60 сутки периода реадаптации, в то время как после впервые совершенных орбитальных экспедиций оно назначалось 5 раз для данного количества обследованных (18 человек). На этом основании можно утверждать, что наличие у космонавтов опыта участия в орбитальных экспедициях влияет на выраженность послеполетных изменений интенсивности процессов ПОЛ и реакций системы АОЗ. Все без исключения длительные полеты на Международной космической станции являлись для обследованных членов экипажей повторными. При этом приземление осуществлялось на разных типах космических кораблей. Следовательно, можно полагать, что именно условия заключительного этапа полетов и раннего восстановительного периода оказали существенное влияние на послеполетные изменения интенсивности процессов ПОЛ и реакций системы АОЗ у космонавтов.

Таким образом, на формирование реадаптационных сдвигов показателей, характеризующих процессы липопероксидации и состояние системы антиоксидантной защиты, оказывают влияние длительность пребывания на околоземной орбите, наличие у космонавтов опыта участия в полетах, а также условия заключительного этапа орбитальных экспедиций и раннего восстановительного периода.

По степени реадаптационных изменений показателей липопероксидации и системы антиоксидантной защиты после длительных полетов у космонавтов можно косвенно судить о выраженности у них гипергравитационного стресса.

Выводы

У участников полетов продолжительностью от 8 до 14 суток на орбитальном комплексе «Мир» и Международной космической станции на 1 сутки восстановительного периода значимые изменения показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты отсутствуют.

У космонавтов после впервые совершенных полетов на орбитальной станции «Мир» продолжительностью от 126 до 199 суток наблюдается значительно выраженное, сохраняющееся до 60-х суток восстановительного периода, угнетение процессов перекисного окисления липидов, сопровождающееся напряжением системы антиоксидантной защиты.

У космонавтов после повторно совершенных полетов на орбитальной станции «Мир» продолжительностью от 146 до 197 суток изменения в протекании процессов липопероксидации практически нивелируются на 14 сутки периода восстановления за счет значительно выраженной ранней активации системы антиоксидантной защиты.

У космонавтов, совершивших полеты на Международной космической станции продолжительностью от 126 до 196 суток и приземлившихся на кораблях типа «Спейс Шаттл», наблюдается более выраженное угнетение процессов липопероксидации по сравнению с космонавтами, совершившими полеты продолжительностью от 162 до 217 суток и возвратившимися на Землю на кораблях «Союз ТМ».

Степень выраженности реадаптационных изменений показателей свободнорадикального окисления липидов и системы антиоксидантной защиты у членов экипажей зависит от длительности пребывания на околоземной орбите, от опыта участия космонавтов в полетах, условий заключительной фазы орбитального полета и раннего восстановительного периода.

Параметры, характеризующие процессы перекисного окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты, могут быть использованы для оценки степени выраженности стресса реадаптации к условиям земной гравитации у космонавтов.

Практические рекомендации:

Используя лабораторные показатели, характеризующие интенсивность протекания процессов липопероксидации и состояние системы антиоксидантной защиты, можно объективно оценивать эффективность предполетной подготовки космонавтов и судить о выраженности реадаптационных изменений во время восстановительного периода у членов экипажей основных орбитальных экспедиций. В связи с этим рекомендуется определение показателей перекисного окисления липидов и системы антиоксидантной защиты в рамках экспертной программы до- и послеполетного клинико-физиологического обследования космонавтов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Lipid peroxidation in cosmonauts after flights of varying duration: on the diagnostic significance of lipoperoxidation system parameters // 14-th Annual Meeting IUPC Comission on Gravitational Physiology cosponsored by International Society for Gravitational Physiology. - Abstracts. Sept. 20 - Oct. 2, 1992. Abstr. No 36. (So-autors: Markin A.A., Popova I.A., Vetrova E.G. et al.).

2. Перекисное окисление липидов у космонавтов после полетов различной продолжительности. О диагностической значимости показателей липопероксидации // Космическая биология и авиакосмическая медицина. Тезисы доклада X конференции. - Москва, 7-13 июня 1994 г. - С.343. (Соавторы: Маркин А.А., Попова И.А., Ветрова Е.Г., Балашов О.И.).

3. Перекисное окисление липидов и активность диагностически значимых ферментов у космонавтов после полетов различной продолжительности // Авиакосмическая и экологическая медицина. - 1997. - Т. 31. - № 3. - С. 14-18. (Соавторы: Маркин А.А., Попова И.А., Ветрова Е.Г., Балашов О.И.).

4. Влияние свободнорадикальных процессов на атерогенез и барьерную функцию клеточных мембран у космонавтов при длительных полетах // Космическая биология и авиакосмическая медицина. Тезисы доклада XI конференции. - Москва, 22-26 июня 1998 г., Т. 2 - С. 27-29. (Соавторы: Маркин А.А., Балашов О.И., Строгонова Л.Б., Вострикова Л.В.).

5. Перекисное окисление липидов и состояние системы антиоксидантной защиты у космонавтов после длительных полетов на орбитальном комплексе «Мир» // Космическая биология и авиакосмическая медицина. Тезисы доклада XII конференции. - Москва, 10-14 июня 2002 г. - С.148-149. (Соавторы: Маркин А.А., Вострикова Л.В.).

6. Биохимическое исследование крови. Орбитальная станция "Мир". - Москва, 2001, Т. 1, гл. 14, стр. 606-612. (Соавтор: Маркин А.А.).

7. Lipid peroxidation and antioxidant protection system indices of astronauts during re-adaptation period after long-term space flights in the International Space Station // 17-th IAA Humans in Space Symposium: Humans in space for life sciences developing, peace and progress on Earth. - Moscow, June 7-11, 2009. - P.84-85. (So-autors: Markin A.A., Zabolotscaya I.V., Vostrikova L.V.).

8. Перекисное окисление липидов и состояние системы антиоксидантной защиты у космонавтов после кратковременных полетов на Международной космической станции // XXI съезд физиологического общества им. И.П. Павлова. Тезисы доклада. - Калуга, 19-25 сентября 2010 г..- С. 215. (соавторы: Маркин А.А., Моруков Б.В., Заболотская И.В., Вострикова Л.В.).

9. Перекисное окисление липидов и состояние системы антиоксидантной защиты у космонавтов после кратковременных полетов на Международной космической станции // Авиакосмическая и экологическая медицина . - 2011. - Т. 45. - № 1. - С. 66-67. (соавторов нет).

10. Интенсивность перекисного окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты в реадаптационном периоде после длительных полетов на Международной космической станции // Физиология человека. - 2011. - Т. 37.- № 3. - С. 92-97. (соавторы: Моруков Б.В., Маркин А.А., Вострикова Л.В., Заболотская И.В.).

Размещено на Allbest.ru

...