Спокойствие, только спокойствие: российским космонавтам на МКС отправят прибор для измерения стресса

Российские ученые из Московского авиационного института в сотрудничестве с Институтом медико-биологических проблем РАН нашли способ определять уровень стресса у космонавтов. Ученые взялись за изучение взаимосвязи стресса и биохимических показателей крови, чтобы космонавты могли измерять уровень стресса так же быстро, как температуру, с помощью неинвазивного метода сбора информации. Они создали специальный прибор, который планируют отправить на МКС; это актиграф – портативное устройство для измерения стресса с помощью отслеживания уровня глюкозы.

Стресс – это реакция организма, часто неспецифическая, вызванная действием сильных, опасных, угрожающих организму факторов внешней среды. Такие факторы мобилизуют организм, его адаптационные механизмы, и обеспечивают приспособление к возникшей угрозе. Каждый из нас испытывал стресс в разных ситуациях. Но можно ли определить уровень стресса, когда он до сих пор остается субъективным понятием?

«Борись или беги»

В 1920-е годы знаменитый канадский эксперт и исследователь стресса, физиолог Ганс Селье, обучаясь в Парижском университете, обнаружил занимательную закономерность: начало проявления любой инфекции у всех протекает одинаково, то есть включает в себя температуру, слабость, потерю аппетита и сонливость, и ответы организма на различные инфекции достаточно неспецифичны, универсальны. Эксперимент провели на крысах, и они давали одинаковую реакцию как на отравления, так и на жару или холод. Такие же эксперименты проводили на людях, только с ожогами, и они показывали схожие результаты. Это позволило Селье выдвинуть гипотезу об общем адаптационном синдроме или ОАС, который сопровождал любой организм при внешней угрозе.

Термин «стресс» впервые ввел американский психофизиолог Уолтер Кэннон в 1926 году. Описывая универсальную для человека реакцию «бороться или бежать» или fight-or-flight response, как состояние, при котором организм мобилизуется для устранения угрозы, Кэннон употребил «стресс» именно в значении ответной реакции организма на какие-либо раздражители.

Кэннон смог сформировать системный подход к изучению стресса, доказав, что организм всегда отвечает на любое воздействие целостно, то есть с реакцией на всех уровнях, как на психическом (через восприятие и анализ информации, принятие решений) так и на физиологическом (через процессы, которые обеспечивают сохранение целостности организма и его внутренней среды).

В 1936 году уже знакомый нам физиолог Селье опубликовал работу по ОАС; однако очень долгое время ученый старался избегать термин «стресс». Дело в том, что стресс тогда был синонимом состояния «нервно-психического» напряжения, того самого синдрома «бороться или бежать». Спустя лишь десятилетие Селье начал называть стресс «стрессом».

«Хороший» и «плохой» стрессы

В самом начале стресс изучался медиками и биологами, которые были уверены, что такой процесс вреден для организма. Однако, если стресс – это обязательная реакция на какое-либо воздействие, то, можно предположить и его полезность. Ганс Селье в своей работе по ОАС писал: «Стресс есть неспецифический ответ организма на любое предъявление ему требования. [...] С точки зрения стрессовой реакции не имеет значения, приятна или неприятна ситуация, с которой мы столкнулись. Имеет значение лишь интенсивность потребности в перестройке или адаптации». Таким образом, Селье понял, что стресс приносит не только вред, ведь с увеличением стресса растет и продуктивность, но лишь до определенной точки, после которой следует ее падение с резким ухудшением самочувствия и здоровья.

Критическая разрушительная точка стресса у каждого человека своя, поэтому Селье ввел несколько понятий: «эустресс» и «дистресс». Эустресс – стресс, который был вызван положительными эмоциями или же не сильным стрессом, который мобилизует организм. Селье даже утверждал, что такой стресс помогает укрепить иммунитет и увеличить продолжительность жизни. Дистресс – стресс, который был вызван негативными или отрицательными эмоциями и с которым организм не в силах справиться.

При изучении длительных стрессовых состояний Ганс Селье заметил, что достаточно интенсивные стрессы ускоряют процессы старения и изнашивают организм. Однако, изучая стресс, ученые того времени все же не смогли понять, можно ли вообще измерить уровень стресса.

Космический стресс

Среднестатистический человек испытывает стресс практически постоянно: на работе, во время учебы, перед важным событием или важной встречей и даже во время приема у врача. Стресс, особенно сегодня, при наличии гаджетов и доступа к любой информации, может значительно увеличить уровень истощения организма. А теперь представьте, что вы испытываете стресс в космосе.

Да, стресс в космосе – намного серьезнее, чем среднестатистический «земной стресс». Совсем недавно ученые выяснили, что организм космонавта, который долгое время находится на МКС, теряет способность сопротивляться заболеваниям, а значит, еще легче поддается стрессу и его губительным последствиям. Дело в том, что иммунитет оказывает сопротивление «вторжению» в организм чужеродных клеток и состоит из внутренних органов (красного костного мозга, тимуса в верхней части грудной клетки), лимфатических узлов и селезенки. Каждый из этих элементов выделяет большое количество специализированных клеток (нейтрофилов, лимфоцитов, эозинофилов и других), которые обнаруживают чужеродный микроорганизм и начинают его атаковать. Основные функции приобретенного иммунитета выполняют лимфоциты. Они усиливают иммунный ответ, уничтожают поврежденные клетки и активируют полезные клетки иммунитета.

Группа ученых из Космического центра NASA провела эксперимент и изучила, как длительное пребывание в космосе может отразиться на иммунной системе человека. Это был первый в своем роде эксперимент на стресс, и в нем приняли участие 18 мужчин и 5 женщин из космонавтов, работающих на МКС. Средний возраст испытуемых – 53 года. Шестнадцать космонавтов провели в космосе около полугода, пять – более ста дней, а еще два – менее двух месяцев. У всех испытуемых перед полетом взяли кровь для анализов, чтобы выяснить, сколько именно вырабатывается клеток, участвующих в иммунной защите организма.

Участники эксперимента, которые провели в космосе около полугода, также брали у себя кровь во время миссии: спустя две недели после прибытия на МКС, на второй-третий месяц и в конце миссии. Результаты показали ухудшение работы иммунитета: снижение уровня лимфоцитов, лейкоцитов, нарушение способности распознавать чужеродные микроорганизмы и клетки. В целом, их организм находился в подавленном состоянии.

Окончательный вывод эксперимента заключался в том, что длительное пребывание в космосе значительно ослабляет иммунитет организма, что может губительно влиять на человека, вызывать сложности пребывания на МКС и различные серьезные заболевания. Конечно, после возвращения человека на Землю работа иммунитета восстанавливается, но не сразу. Это можно заметить по анализам образцов крови, взятых спустя месяц после пребывания участников эксперимента на Землю.

Точных причин возникновения проблем с иммунитетом у космонавтов не обнаружили. Это могут быть и общий стресс при перелете на МКС, и нарушенная работа биологических часов организма, и пребывание в состоянии невесомости, и прочие. Но стресс от всего вышеперечисленного, кажется, наиболее вероятным вариантом.

Сегодня определить уровень стресса крайне сложно, так как у каждого человека свой предел стрессоустойчивости. Его нельзя измерить линейкой, а держать его значение в допустимых пределах – тем более, так как допустимых пределов вовсе и нет, по крайней мере в числовом эквиваленте. Однако стресс чаще всего ассоциируется у нас с эмоциями: как положительными, так и отрицательными. А эмоции – хоть и субъективное понятие, но очень даже измеримое. По крайней мере, ученые могут понять, насколько сильны эмоции человека, по биохимическому анализу его крови.

Взять стресс на МКС под контроль

Последние годы специалисты из Московского авиационного института в сотрудничестве с Институтом медико-биологических проблем РАН изучают взаимосвязь стресса и, пожалуй, одного из самых важных показателей биохимии крови – глюкозы. На основе этого исследования ученые планируют создать прибор, который будет определять стресс так же быстро, как измеряется температура. Исследователи уверены, что в будущем космонавты станут легче переносить пребывание в космосе, что снизит риски губительных последствий для их организмов во время миссий и после прибытия на Землю.

Суть зависимости стресса и биохимии крови состоит в их прямой связи. После стрессового состояния кора надпочечников начинает активно вырабатывать кортизол, который помогает в производстве глюкозы. Глюкоза – топливо для клеток, и чем больше глюкозы в организме, тем эффективнее он работает, а значит – и лучше борется со стрессом. Именно поэтому установить зависимость между уровнем стресса и глюкозой можно, однако в этом есть сложность: на концентрацию глюкозы может влиять не только эмоциональная нагрузка и стресс, но и приемы пищи, а также физические нагрузки. Именно поэтому установить четкую модель взаимосвязи этих параметров не так-то просто.

Ученые из МАИ взяли за основу для своего эксперимента так называемую «сухую иммерсию». Это один из методов моделирования ситуации, когда на человеческий организм воздействуют условия пониженной гравитации, то есть максимально приближенные к невесомости в космосе. Испытуемый лег в ванну, наполненную теплой водой и герметично закрытую плотной пленкой сверху. Человек полностью погрузился в воду, лежа на пленке, что практически повторяло эффект действия невесомости. Испытуемый находился в безопорном состоянии около недели: ел, спал, отдыхал, работал и участвовал в исследованиях. Одним из преимуществ такого метода стало отсутствие внешних воздействий на человека и полный контроль его действий.

Фото: МАИ

Во время эксперимента на человека воздействовали так называемыми положительными и отрицательными раздражителями («хороший» и «плохой» стрессы). Так, испытуемому предлагали решать задачи на когнитивные способности или же показывали успокаивающие и расслабляющие видеоролики с помощью VR-шлема. После у человека измеряли уровень глюкозы и кортизола в крови; также испытуемый заполнял специальные опросники, с помощью которых оценивали его состояние после действия любого из раздражителей. Четкого разделения реакций организма на разные раздражители получить не удалось: взаимосвязи «низкий уровень глюкозы – отрицательный стресс, а высокий – положительный» не произошло.

На основе данных, полученных при исследовании зависимости стресса и уровня глюкозы у испытуемого, в МАИ готовят специальный прибор – актиграф. Он будет показывать уровень стресса человека, измеряя показатели активности и крови космонавтов. Такого рода приборами уже давно пользуются американские астронавты. Внешне актиграф немного напоминает наручные часы, которые измеряют важные показатели: от пульса до количества пройденных шагов. Устройство будет крепиться к телу человека как часы или пояс – на руку, на плечо или на талию, и позволит измерять и оценивать уровень стресса непрерывно, в режиме реального времени. Этот метод значительно упростит космонавтам жизнь на МКС в условиях невесомости.

В основе метода работы актиграфа лежит спектрометрия, благодаря которой можно физически определить состав вещества с помощью спектров испускания, поглощения, отражения и люминесценции. Так как атомы каждого элемента испускают излучение определенных длин волн, это позволяет определить, какие именно элементы и какое их количество входят в состав нужного вещества.

Фото: МК.ру

Программа, установленная на актиграфе, позволяет нажатием одной кнопки отмечать любые физические и ментальные нагрузки, упражнения, исследования, периоды сна и покоя – все, чем занимается космонавт на МКС. Актиграф регистрирует положение человека в разное время суток, измеряет степень двигательной активности, фиксирует частоту сердечных сокращений, а также кардиограмму. После записи данные отправляются в компьютер. Машина сопоставляет данные с прибора и результаты биохимии крови, чтобы найти главную причину стресса – повышенные уровни глюкозы и кортизола, а также сопоставить их с действиями космонавта, определив «хороший» это был стресс или «плохой». После анализа компьютер выдает персонализированный список рекомендаций каждому обладателю прибора. Например, если космонавт не выспался, персональный «советчик» расскажет, во сколько нужно будет лечь спать, чтобы выспаться. Также компьютер сможет подсказать, сколько ему нужно заниматься спортом, что лучше съесть на ужин, и все это будет результатом изучения энергозатрат космонавта во время определенного промежутка времени.

В первую очередь устройство будет предназначено для космонавтов, так как именно их профессия на сегодняшний день требует огромных физических и психологических затрат организма. Также прибор будет полезен и на Земле, в том числе – выполняющим напряженную работу людям: шахтерам, спасателям, пилотам, пожарным, полицейским, водолазам и прочим представителям профессий с высоким нервным напряжением. В ближайшем будущем специалисты планируют продолжить исследования, увеличить количество измеряемых параметров и построить соответствующие математические модели не только для мужского, но и для женского организмов.