Simulerade effekter av mikrogravitation påverkar signifikant rytmicitet och sömn hos människor, visar en ny studie från University of Surrey. Sådana störningar kan negativt påverka astronauternas fysiologi och prestanda i rymden.

Tidigare fynd har visat att astronauter som utsätts för mikrogravitation, simulerade via 60 dagars konstant sängläge i en 6° lutningsvinkel på huvudet nedåt, upplever förändringar i fysiologi, inklusive immunundertryckning, ökad inflammation och minskad muskelmassa och bentäthet. En mindre studerad aspekt av fysiologi angående effekterna av mikrogravitation är dock sömn och biologiska rytmer.

Huvudförfattaren Dr. María-Ángeles Bonmatí-Carrión, en postdoktorand forskare vid University of Surrey (för närvarande vid CIBERFES (Carlos III Health Institute), University of Murcia och huvudforskare vid Murcian Institute of Biosanitary Research, sa:"Detta är första gången som sömn och olika biologiska rytmer har utvärderats ur ett integrativt perspektiv i ett huvud-nedåt lutande sänglägesprotokoll under så lång tid (60 dagar).

"Vi är övertygade om att dessa fynd kommer att fungera i utformningen av nya protokoll som syftar till att förbättra sömn och rytmisk robusthet i rymden. Dessutom kan våra resultat även appliceras på andra processer som åldrande eller påverkan av konstant hållning i vår sömn och rytmer. "

I en studie koordinerad av Europeiska rymdorganisationen vid MEDES rymdklinik i Toulouse, genomförde 20 män ett 90-dagarsprotokoll bestående av två veckors baslinje, före 60 dagars konstant sängvila i en 6°-lutningsvinkel på huvudet nedåt, simulerande effekterna av mikrogravitation som astronauter upplever. Protokollet avslutades med två veckors återhämtning.

För att bedöma effekten av simulerad mikrogravitation analyserade forskargruppen handledens hudtemperatur, motorisk aktivitet, ljusexponering och daglig sömnighet under hela 90-dagarsprotokollet. Sömnen utvärderades genom elektroencefalogram (EEG) över en 24-timmars tidsserie under två dagar i baslinjen, tre dagar i sängläge och en gång under återhämtning. Under dessa sessioner möjliggjorde salivprovtagning mätning av fasen och amplituden av melatonin, ett hormon som reglerar sömn-vakna cykler och kortisolutsöndring, kroppens främsta stresshormon.

Forskare observerade en minskning av amplituden av temperatur, aktivitet och sömnighetsrytmer under sängläge. Sömntiden minskade i början av sängvilan, och i genomsnitt sov deltagarna mindre än 6,5 timmar under natten under hela studien.

Forskare noterar att partiell sömnbrist av liknande omfattning har visat sig resultera i förändringar i immunsystemets funktion och inflammatorisk status under både sängläge och rymdfärd. Det omvända hittades för dagsömn (tupplurar), med en ökning av tupplurar, särskilt i början av studien, upptäcktes.

Resultaten bekräftade också det tidsmässiga sambandet mellan perifer hudtemperatur och melatoninsekretion, även under sänglägesförhållanden. Men sambandet mellan perifer temperatur och olika sömnstadier (handledens hudtemperatur ökar när sömnen blir djupare) gick förlorad under sängläge, vilket kan tyda på en störning i värmeregleringsprocesser relaterade till sömn.

Seniorförfattaren professor Simon Archer, professor i sömnens molekylärbiologi vid University of Surrey, sa:"Biologiska rytmer störs och sömnen är begränsad under rymdflygning och detta påverkar fysiologi och prestanda. Den normala hållningscykeln är en betydande förstärkningssignal för biologisk rytmicitet och dess avlägsnande i detta protokoll och frånvaro under rymdflygning bidrar sannolikt till minskning av rytmiska amplituder för många av de variabler som studeras här.

"Dessa resultat har viktiga konsekvenser för framtida rymdfärder men också för förhållanden där individer är begränsade till långvarig sängläge."

Professor Derk-Jan Dijk, chef för Surrey Sleep Research Center, sa:"Forskning utförd i stora kohorter, såsom den brittiska biobanken, har tidigare gett bevis för det prediktiva värdet av amplituden av 24-timmarsrytmik för framtida hälsa. Den nuvarande data understryker att denna viktiga aspekt av mänsklig fysiologi och beteende kan störas av tillstånd som långvarig sängläge och rymdfärd."

Denna studie publicerades i tidskriften npj Microgravity .

Ytterligare resultat relaterade till störningar av genuttryck i denna studie publicerades nyligen i iScience .

Mer information: María-Ángeles Bonmatí-Carrión et al, Effekt av 60 dagars huvudnedåtlutad sängvila på amplitud och fas av rytmer i fysiologi och sömn hos män, npj Microgravity (2024). DOI:10.1038/s41526-024-00387-3

Journalinformation: npj Mikrogravitation , iScience

Tillhandahålls av University of Surrey