Eine neue Studie der University of Surrey zeigt, dass simulierte Effekte der Schwerelosigkeit den Rhythmus und den Schlaf des Menschen erheblich beeinflussen. Solche Störungen könnten sich negativ auf die Physiologie und Leistung von Astronauten im Weltraum auswirken.
Frühere Erkenntnisse haben gezeigt, dass Astronauten, die der Mikrogravitation ausgesetzt sind, simuliert durch 60 Tage konstanter Bettruhe bei einem Neigungswinkel von 6° mit dem Kopf nach unten, Veränderungen in der Physiologie erfahren, einschließlich Immunsuppression, erhöhter Entzündung sowie verringerter Muskelmasse und Knochendichte. Ein weniger erforschter Aspekt der Physiologie im Hinblick auf die Auswirkungen der Mikrogravitation sind jedoch Schlaf und biologische Rhythmen.
Hauptautorin Dr. María-Ángeles Bonmatí-Carrión, Postdoktorandin an der University of Surrey (derzeit am CIBERFES (Carlos III Health Institute), Universität Murcia und leitende Forscherin am Murcian Institute of Biosanitary Research, sagte: „Das ist Es ist das erste Mal, dass Schlaf und verschiedene biologische Rhythmen aus einer integrativen Perspektive in einem Bettruheprotokoll mit gesenktem Kopf über einen so langen Zeitraum (60 Tage) bewertet wurden.
„Wir sind zuversichtlich, dass diese Erkenntnisse bei der Entwicklung neuer Protokolle zur Verbesserung des Schlafs und der rhythmischen Robustheit im Weltraum hilfreich sein werden. Darüber hinaus können unsere Ergebnisse auch auf andere Prozesse wie das Altern oder die Auswirkungen einer konstanten Körperhaltung auf unseren Schlaf und unsere Rhythmen angewendet werden.“ „
In einer von der Europäischen Weltraumorganisation koordinierten Studie an der MEDES-Weltraumklinik in Toulouse absolvierten 20 Männer ein 90-Tage-Protokoll, das aus zwei Wochen Ausgangsphase und anschließend 60 Tagen konstanter Bettruhe bei einem 6°-Kopf-nach-unten-Neigungswinkel bestand die Auswirkungen der Mikrogravitation auf Astronauten. Das Protokoll endete mit einer zweiwöchigen Genesung.
Um die Auswirkungen der simulierten Mikrogravitation zu beurteilen, analysierte das Forschungsteam die Hauttemperatur am Handgelenk, die motorische Aktivität, die Lichtexposition und die Tagesschläfrigkeit während des 90-Tage-Protokolls. Der Schlaf wurde mittels Elektroenzephalogramm (EEG) über eine 24-Stunden-Zeitreihe während zwei Tagen zu Studienbeginn, drei Tagen in Bettruhe und einmal in der Erholungsphase beurteilt. Während dieser Sitzungen ermöglichte die Speichelprobenahme die Messung der Phase und Amplitude von Melatonin, einem Hormon, das den Schlaf-Wach-Rhythmus und die Cortisolsekretion, das wichtigste Stresshormon des Körpers, reguliert.
Die Forscher beobachteten eine Abnahme der Amplitude der Temperatur-, Aktivitäts- und Schläfrigkeitsrhythmen während der Bettruhe. Die Schlafdauer verringerte sich zu Beginn der Bettruhe und im Durchschnitt schliefen die Teilnehmer während der gesamten Studie nachts weniger als 6,5 Stunden.
Forscher stellen fest, dass ein teilweiser Schlafentzug in ähnlichem Ausmaß sowohl während der Bettruhe als auch während des Raumflugs zu Veränderungen der Funktion des Immunsystems und des Entzündungsstatus führt. Beim Tagesschlaf (Nickerchen) war das Gegenteil der Fall, wobei vor allem zu Beginn der Studie eine Zunahme der Nickerchen festgestellt werden konnte.
Die Ergebnisse bestätigten auch den zeitlichen Zusammenhang zwischen der peripheren Hauttemperatur und der Melatoninsekretion, selbst unter Bettruhebedingungen. Allerdings ging der Zusammenhang zwischen der peripheren Temperatur und verschiedenen Schlafstadien (die Hauttemperatur am Handgelenk steigt mit zunehmender Schlaftiefe) während der Bettruhe verloren, was auf eine Störung der schlafbezogenen Thermoregulationsprozesse hinweisen könnte.
Der leitende Autor Professor Simon Archer, Professor für Molekularbiologie des Schlafs an der University of Surrey, sagte: „Biologische Rhythmen werden gestört und der Schlaf ist während der Raumfahrt eingeschränkt, was sich auf die Physiologie und Leistung auswirkt. Der normale Haltungszyklus ist ein signifikantes Verstärkungssignal.“ für biologische Rhythmik und deren Entfernung in diesem Protokoll sowie deren Abwesenheit in der Raumfahrt tragen wahrscheinlich zur Verringerung der rhythmischen Amplituden vieler der hier untersuchten Variablen bei.
„Diese Ergebnisse haben wichtige Implikationen für die künftige Raumfahrt, aber auch für Bedingungen, unter denen Einzelpersonen längere Zeit Bettruhe einhalten müssen.“
Professor Derk-Jan Dijk, Direktor des Surrey Sleep Research Center, sagte: „In großen Kohorten wie der britischen Biobank durchgeführte Untersuchungen haben zuvor Beweise für den prädiktiven Wert der Amplitude der 24-Stunden-Rhythmik für die zukünftige Gesundheit geliefert. Die aktuelle.“ Die Daten unterstreichen, dass dieser wichtige Aspekt der menschlichen Physiologie und des menschlichen Verhaltens durch Bedingungen wie längere Bettruhe und Raumfahrt gestört werden kann.“
Diese Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht npj Mikrogravitation.
Weitere Ergebnisse im Zusammenhang mit Störungen der Genexpression in dieser Studie wurden kürzlich in veröffentlicht iScience.
Mehr Informationen:
María-Ángeles Bonmatí-Carrión et al., Einfluss von 60 Tagen Bettruhe mit gesenktem Kopf auf die Amplitude und Phase der Rhythmen in der Physiologie und im Schlaf bei Männern, npj Mikrogravitation (2024). DOI: 10.1038/s41526-024-00387-3