Mozgásszabályozás súlytalanságban

Mint sok más tudományág, úgy a klasszikus élettan is sokat nyert az űrutazások által felvetett újszerű kérdések feldolgozásával.

Élettan az Űrutazások Korában

A hőskorban az volt a feladat, hogy biztosítsuk a Föld körüli pályára küldött kísérleti állatok (1957), majd az első űrhajósok (1961) életfeltételeit és visszatértük után egészségük helyreállítását.

Az olyan élettani ingerekre, mint a rakéta indításakor fellépő intenzív gyorsulás és vibráció, valamint a pályára álláskor hirtelen fellépő súlytalanság (mikrogravitációs állapot), a szervezet sem strukturálisan, sem működését tekintve nincs felkészülve. Az űrhajósok, éppen az utazás kritikus, kezdő fázisában bizonytalanná válnak, munkaképességük romlik, a tengeribetegséghez hasonlóan hányingerrel és szédüléssel küszködnek, térbeli tájékozódásuk romlik.

Az idegrendszer alkalmazkodási képessége még az ilyen extrém helyzetben is érvényesül: a fenti egyensúlyszervi eredetű zavarok pár nap után eltűnnek, mivel a kisagyi szenzomotoros szabályozás új mozgás- (és vérnyomás- stb.) vezérlő programokat dolgoz ki.

Az űrutazások egyik kiemelkedő rekorderének, Valerij Poljakov űrhajós-orvosnak éppen az okozott komoly problémát, amikor a visszatéréshez szükséges dokkolási próbánál kiderült, a szervezete elfelejtette a földi mértékű gyorsulási igénybevételt. Ezért sürgősen intenzív mozgástréningbe kezdett, hogy mozgáskoordinációját helyreállítsa.

Labirintus-plombálás

A Semmelweis Egyetemen működő Szenzomotoros Adaptáció Laboratórium Szentágothai János kezdeményezésére alakult 1964-ben. A professzor morfológiai kutatásai mellett élettani kísérletekben is vizsgálta az egyensúlyszerv és a szemmozgató apparátus közötti idegi kapcsolatokat (vesztibulo-okulomotor reflex), kiteljesítve Hőgyes Endre 19. század utolsó évtizedében végzett munkáját. Szentágothai nemzetközi szakmai hírneve miatt a szovjet bioszputnyik-kísérletek szakértői laborunkat kérték fel a kísérleti állatok egyensúlyszervét bénító eljárások kidolgozására.

A korábbi durva módszerek helyettesítésére sztereotaxiás mikrosebészeti eljárást dolgoztunk ki: az egyensúlyszervet magába záró csontos labirintus központi üregét, a vesztibulumot méhviasz-paraffin keverékkel feltöltve, azaz labirintus-plombálás révén az egyensúlyszervi érzékelés lényegében roncsolás nélkül kikapcsolható.

A plombálás egyrészt leállítja a félkörös járatok endolimfájának mozgását, ezáltal megszűnik a szöggyorsulás érzékelése, másrészt nem engedi az otolith szerveket deformálódni lineáris gyorsuláskor, így ezen az oldalon megszűnik a gravitáció egyensúlyszervi érzékelése is.

A kísérleti állat mozgásszabályozása aszimmetrikussá válik, az idegrendszeri alkalmazkodás – a kisagyi szenzomotoros adaptáció – azonban hetek alatt új szimmetriát szervez.

A féloldali labirintus-plombálásra alapozva tehát az űrhajós betegség – a súlytalanság hatására keletkező mozgáskoordinációs és orientációs zavarok – földi laboratóriumi modelljét dolgoztuk ki, ami lehetővé teszi a betegségekben fellépő, általános idegrendszeri adaptáció alapjelenségeinek vizsgálatát is.

Hálózatkutatás, gyakorlati haszonnal

A kisagykérgi neuronhálózat felderítését a sejtszintű elektrofiziológiai működésminták strukturális analízisével végeztük, amit kiegészítettünk a kisagyi fő integráló elem, a Purkinje-sejt dendritfájának működési szemléletű morfológiai leírásával. Az eredményeket klinikai problémák megoldásában is hasznosítottuk, így például a dendritelágazódást feltérképező számítógépes programunkat alkalmassá tettük a szemfenéki erek elágazódási rendszerének vizsgálatára. Ennek révén információ nyerhető nemcsak a retinális, hanem közvetve az agyi erek állapotáról is, ami segít többek között a diabéteszes betegek állapotának, kórlefolyásának és a gyógyszerhatásoknak a megítélésében.

Állatkísérletekben szerzett tapasztalataink humán felhasználásának másik példája a stabilográfia. A szédülő betegekkel foglalkozó otoneurológia méltánytalanul háttérbe szorult határterületi tudomány, szegényes a korszerű diagnosztikai-rehabilitációs műszerekkel (például poszturográffal, elektro- és videonisztagmográffal, programozható forgatószékkel) való ellátottság. Kutatócsoportunk korábban állatkísérletes célra kifejlesztett egy testtartás-szabályozást vizsgáló poszturográfot, ebből kiindulva klinikai diagnosztika céljára alkalmas műszert hoztunk létre.

A stabilográfia nemcsak a testtartás-szabályozásról, hanem egyéb szenzomotoros funkciókról is áttekintést ad, használatával pontos, számszerűsített diagnosztikus információt kapunk az egyensúlyszervet, a proprioceptív afferentációt (a testtartást tükröző érzékelést), a központi idegrendszer szenzomotoros központjait, illetve a mozgatórendszert érintő sérülésekben és betegségekben, sőt követni tudjuk a kórlefolyást, ami segíti a terápia és a rehabilitáció optimalizálását.

Az eszköz hasznos a kutatásban is: alkalmas a napi szenzomotoros alapritmus, a 24 órás munkavégzés alatti fáradási folyamat és az alvásmegvonás hatásainak követésére.

Célra mutatásos teszt

Jelenleg olyan mozgásszabályozási tesztet kívánunk kifejleszteni, amely földi kísérletekben szervesen kiegészíti a poszturográfiás és adaptációs vizsgálatokat, ugyanakkor súlytalanságban is alkalmazható.

Az űrutazás kezdetén tapasztalható mozgáskoordinációs zavart részben a mikrogravitációban szükségtelenné váló, de még működő antigravitációs mozgatóparancs-összetevő okozza. A súlytalanságbeli alkalmazkodás során a kisagy fokozatosan kioltja ezt a komponenst – így a mozgások kivitelezése újra pontossá válik –, majd a földre történő visszaérkezés után ismét aktiválja. Az általunk javasolt Cross Pointing Test (CPT) révén pontosan követhető ez a folyamat. A CPT alkalmas a munkamemóriára, illetve a kognitív teljesítőképességre vonatkozó vizsgálatokra is – ekkor a rámutató mozdulatot kiváltó, váratlanul felvillanó egyszerű célmezők helyett emléknyomokon alapuló vagy kognitív feldolgozást igénylő, tehát a választ késleltető, módosító kulcsjeleket alkalmazunk.

dr. Simon László,

a SE Szenzomotoros Adaptáció Laboratórium vezetője,

a Nemzetközi Űrélettani Társaság volt elnöke