Wetenschap
Gesimuleerde microzwaartekracht beïnvloedt de slaap en fysiologische ritmes, zo blijkt uit onderzoek
Gesimuleerde effecten van microzwaartekracht hebben een aanzienlijke invloed op de ritmiek en de slaap bij mensen, zo blijkt uit een nieuwe studie van de Universiteit van Surrey. Dergelijke verstoringen kunnen een negatieve invloed hebben op de fysiologie en prestaties van astronauten in de ruimte.
Eerdere bevindingen hebben aangetoond dat astronauten die worden blootgesteld aan microzwaartekracht, gesimuleerd via 60 dagen constante bedrust met een kantelhoek van 6 graden naar beneden, veranderingen in de fysiologie ervaren, waaronder immuunsuppressie, verhoogde ontstekingen en verminderde spiermassa en botdichtheid. Een minder bestudeerd aspect van de fysiologie met betrekking tot de effecten van microzwaartekracht is echter slaap en biologische ritmes.
Hoofdauteur Dr. María-Ángeles Bonmatí-Carrión, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Surrey (momenteel bij CIBERFES (Carlos III Health Institute), Universiteit van Murcia en hoofdonderzoeker aan het Murcian Institute of Biosanitary Research, zei:"Dit is de eerste keer dat slaap en verschillende biologische ritmes gedurende deze lange periode (60 dagen) vanuit een integratief perspectief zijn geëvalueerd in een bedrustprotocol met het hoofd naar beneden kantelen.
"We zijn ervan overtuigd dat deze bevindingen zullen helpen bij het ontwerpen van nieuwe protocollen gericht op het verbeteren van de slaap en ritmische robuustheid in de ruimte. Bovendien kunnen onze resultaten ook worden toegepast op andere processen zoals veroudering of de impact van een constante houding in onze slaap en ritmes. "
In een studie gecoördineerd door de European Space Agency in de MEDES-ruimtekliniek in Toulouse voltooiden 20 mannen een 90 dagen durend protocol bestaande uit twee weken basislijn, vóór 60 dagen constante bedrust onder een kantelhoek van 6° met het hoofd naar beneden, waarbij de effecten van microzwaartekracht ervaren door astronauten. Het protocol werd afgesloten met twee weken herstel.
Om de impact van gesimuleerde microzwaartekracht te beoordelen, analyseerde het onderzoeksteam de temperatuur van de polshuid, motorische activiteit, blootstelling aan licht en dagelijkse slaperigheid gedurende het 90 dagen durende protocol. De slaap werd beoordeeld via een elektro-encefalogram (EEG) over een tijdreeks van 24 uur gedurende twee dagen in de uitgangssituatie, drie dagen in bedrust en één keer tijdens het herstel. Tijdens die sessies maakte speekselmonsters het mogelijk om de fase en amplitude van melatonine te meten, een hormoon dat de slaap-waakcycli en de cortisolsecretie, het belangrijkste stresshormoon van het lichaam, reguleert.
Onderzoekers observeerden een afname in de amplitude van temperatuur-, activiteits- en slaperigheidsritmes tijdens bedrust. De slaapduur nam af aan het begin van de bedrust en gemiddeld sliepen de deelnemers gedurende de nacht minder dan 6,5 uur gedurende de hele studie.
Onderzoekers merken op dat gedeeltelijke slaapgebrek van een vergelijkbare omvang blijkt te resulteren in veranderingen in de werking van het immuunsysteem en de ontstekingsstatus tijdens zowel bedrust als ruimtevluchten. Het omgekeerde werd gevonden voor de slaap overdag (dutjes), waarbij vooral aan het begin van het onderzoek een toename van het aantal dutjes werd waargenomen.
De resultaten bevestigden ook het tijdelijke verband tussen de perifere huidtemperatuur en de melatoninesecretie, zelfs onder bedrust. De associatie tussen de perifere temperatuur en verschillende slaapfasen (de temperatuur van de polshuid neemt toe naarmate de slaap dieper wordt) ging echter verloren tijdens bedrust, wat zou kunnen duiden op een verstoring van de thermoregulatieprocessen die verband houden met de slaap.
Senior auteur Professor Simon Archer, hoogleraar Moleculaire Biologie van de Slaap aan de Universiteit van Surrey, zei:“Biologische ritmes worden verstoord en de slaap wordt beperkt tijdens ruimtevluchten en dit heeft invloed op de fysiologie en prestaties. De normale houdingscyclus is een belangrijk versterkingssignaal want biologische ritmiek en de verwijdering ervan in dit protocol en de afwezigheid ervan tijdens ruimtevluchten dragen waarschijnlijk bij aan de vermindering van de ritmische amplitudes van veel van de hier bestudeerde variabelen.
"Deze resultaten hebben belangrijke implicaties voor toekomstige ruimtevluchten, maar ook voor omstandigheden waarin individuen beperkt zijn tot langdurige bedrust."
Professor Derk-Jan Dijk, directeur van het Surrey Sleep Research Center, zei:“Onderzoek uitgevoerd in grote cohorten, zoals de Britse biobank, heeft eerder bewijs geleverd voor de voorspellende waarde van de amplitude van 24-uursritmiek voor de toekomstige gezondheid. gegevens benadrukken dat dit belangrijke aspect van de menselijke fysiologie en het menselijke gedrag kan worden verstoord door omstandigheden zoals langdurige bedrust en ruimtevluchten."
Deze studie is gepubliceerd in het tijdschrift npj Microgravity .
Aanvullende resultaten met betrekking tot verstoring van genexpressie in dit onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in iScience .