mesЭкстремальная биомедицинаExtreme Medicine3033-89643033-8972Centre for Strategic Planning of the Federal Medical and Biological Agency10.47183/mes.2024-26-3-57-64mes-7Research ArticleКОСМИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНАSPACE MEDICINEПсихофизиологическое состояние человека в измененных магнитных условияхThe psychophysiological state of a person in altered magnetic conditionshttps://orcid.org/0000-0002-3564-6798КовровГ. В.KovrovG. V.

Ковров Геннадий Васильевич, д-р мед. наук, профессор

Москва

Moscow

kgv2006@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0002-3749-588XПоповаО. В.PopovaO. V.

Попова Ольга Владимировна

Москва

Moscow

olya.popovaolga2710@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2596-8929ЧерниковаА. Г.ChernikovaA. G.

Черникова Анна Григорьевна, канд. биол. наук

Москва

Moscow

anna.impb@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2174-3183ОрловО. И.OrlovO. I.

Орлов Олег Игоревич, д-р. мед. наук, академик РАН

Москва

Moscow

orlov@imbp.ruГосударственный научный центр Российской Федерации ‒ Институт медико-биологических проблем Российской академии наукРоссияState Scientific Center of the Russian Federation ‒ Institute for Biomedical Problems of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024141020242635764Copyright © Ковров Г.В., Попова О.В., Черникова А.Г., Орлов О.И., 20242024Ковров Г.В., Попова О.В., Черникова А.Г., Орлов О.И.Kovrov G.V., Popova O.V., Chernikova A.G., Orlov O.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.extrememedicine.ru/jour/article/view/7Введение

Введение. В связи с тем что в ближайшем будущем планируются космические полеты за пределы околоземной орбиты, становится актуальным изучение воздействия сниженного магнитного поля Земли на человека.

Цель

Цель. Оценка особенностей сенсомоторных реакций, качества ночного сна и развития дневной сонливости при 24-часовом пребывании в гипомагнитных условиях.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментальные исследования проведены в 2023 г. с участием 6 мужчин-добровольцев в возрасте от 26 до 37 лет. Были проведены 4 экспериментальные серии длительностью 24 ч каждая. В трех группах испытуемые подвергались воздействию гипомагнитных условий (в пределах 0,05–0,14 мкТл), в группе плацебо не было воздействия. В качестве методов исследования применялись анкетирование (по качеству и особенностям ночного сна и дневного бодрствования) и оценка особенностей сенсомоторных функций.

Результаты

Результаты. Установлено, что в гипомагнитных условиях усиливается дневная сонливость в 66% наблюдений по сравнению с 33% случаев в серии с плацебо (p = 0,003). Сразу после прекращения экспериментального воздействия наблюдалась быстрая активация центральной нервной системы, что выражалось в статистически значимом снижении общего времени зрительно-моторной реакции.

Выводы

Выводы. В гипомагнитных условиях сохраняется работа мозговых механизмов сна. В дневное время в гипомагнитных условиях развивается сонливость, что указывает на возможность изменения циркадианной ритмики в активирующих системах головного мозга. Сразу после прекращения действия гипомагнитных условий происходит быстрая активация центральной нервной системы, имеющая компенсаторный характер. Выявленные особенности влияния гипомагнитных условий на цикл сна–бодрствования и сенсомоторные функции предполагают проведение дальнейших исследований дневной сонливости с использованием дополнительных субъективных и объективных методов оценки уровня бодрствования и активности центральной нервной системы.

Introduction

Introduction. Due to the fact that manned space flights beyond Earth orbit are planned in the near future, it becomes relevant to study the effects of the Earth’s reduced magnetic field on humans.

Objective

Objective. To evaluate the features of sensorimotor reactions, quality of night sleep (nocturnal sleep) and the development of daytime sleepiness during a 24-hour stay under hypomagnetic conditions (HMC).

Materials and methods

Materials and methods. Experimental studies with the participation of 6 male volunteers aged 26 to 37 years were conducted in 2023. In total, four experimental series were carried out, lasting 24 hours each. The subjects were exposed to hypomagnetic conditions in three groups (the average value was between 0.05–0.14 µT). There was no exposure to such conditions in the placebo group.

The research methods included questionnaires regarding the quality and characteristics of night sleep, daytime wakefulness, as well as the study of sensorimotor functions. Statistical processing was carried out by the Statistica 13.0 software package.

Results

Results. Daytime sleepiness was found to increase under hypomagnetic conditions in 66% of observations as compared to 33% of cases in the placebo series (p=0.003). Immediately following the cessation of experimental exposure, a rapid activation of the central nervous system was observed, which was expressed in a statistically significant decrease in the total visual-motor reaction time.

Conclusions

Conclusions. Under hypomagnetic conditions, the work of brain sleep mechanisms is preserved. Daytime drowsiness that develops under hypomagnetic conditions indicates the possibility of changes in circadian rhythmicity in brain activating systems. The rapid activation of the central nervous system reported immediately following the termination of hypomagnetic conditions has a compensatory character. The revealed features of hypomagnetic conditions influence on the sleep-wake cycle and sensorimotor functions suggest further studies of daytime sleepiness using additional subjective and objective methods of wakefulness level and activity of the central nervous system assessment.

сенсомоторные функциигипомагнитные условияпростая зрительно-моторная реакцияанкетная самооценканочной сондневная сонливостьsensomotory functionshypomagnetic conditionssimple visual-motor reactionquestioning self-assessmentnight sleepdaytime drowsinessработа была выполнена в рамках базовой тематики РАН FMFR-2024–0042.The study was conducted within the framework of the RAS basic theme FMFR-2024-0042ReferencesXue X, Ali YF, Luo W, Liu C, Zhou G, Liu NA. Biological Effects of Space Hypomagnetic Environment on Circadian Rhythm. Front. Physiol. 2021;12:643943. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.643943Xue X, Ali YF, Luo W, Liu C, Zhou G, Liu NA. Biological Effects of Space Hypomagnetic Environment on Circadian Rhythm. Front. Physiol. 2021;12:643943. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.643943Никитина ЕА, Васильева СА, Щеголев БФ, СавватееваПопова ЕВ. Слабое статическое магнитное поле: воздействие на нервную систему. Журнал высшей нервной деятельности. 2022;72(6):783–99. https://doi.org/10.31857/S0044467722060077Nikitina EA, Vasilyeva SA, Shchegolev BF, Savvateeva-Popova EV. Weak static magnetic field: Effects on the nervous system. Journal of Higher Nervous Activity. 2022;72(6):783‒99 (In Russ.).Карпин ВА, Костюкова НК. Влияние слабых магнитных полей на высшую нервную деятельность. Байкальский медицинский журнал. 2004;46(5):7–11. Karpin VA, Kostyukova NK. The influence of weak magnetic fields on higher nervous activity. Baikal Medical Journal. 2004;46(5):7–11 (In Russ.).https://doi.org/10.31857/S0044467722060077Tian L, Luo Y, Zhan A, Ren J, Qin H, Yongxin Pan. Hypomagnetic Field Induces the Production of Reactive Oxygen Species and Cognitive Deficits in Mice Hippocampus. Int J Mol Sci. 2022;23(7):3622. https://doi.org/10.3390/ijms23073622Karpin VA, Kostyukova NK. The influence of weak magnetic fields on higher nervous activity. Baikal Medical Journal. 2004. 46(5):7‒11 (In Russ.).Zhang BF, Wang L, Zhan AS, Wang M, Tian LX, Guo WX, Pan YX. Long-term exposure to a hypomagnetic field attenuates adult hippocampal neurogenesis and cognition. Nat. Commun. 2021;(12):1174. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21468-xTian L, Luo Y, Zhan A, Ren J, Qin H, Yongxin Pan. Hypomagnetic Field Induces the Production of Reactive Oxygen Species and Cognitive Deficits in Mice Hippocampus. Int J Mol Sci. 2022; 23(7):3622.Zhang X, Li J F, Wu Q J, Li B, Jiang JC. Effects of hypomagnetic field on noradrenergic activities in the brainstem of golden hamster. Bioelectromagnetics. 2007;28:155–8. https://doi.org/10.1002/bem.20290https://doi.org/10.3390/ijms23073622Wang X, Jing C, Selby C P, Chiou Y Y, Yang Y, Wu W et al. Comparative properties and functions of type 2 and type 4 pigeon cryptochromes. Cell Mol. Life Sci. 2018;(75):4629–41. https://doi.org/10.1007/s00018-018-2920-yZhang BF, Wang L, Zhan AS, Wang M, Tian LX, Guo WX, Pan YX. Long-term exposure to a hypomagnetic field attenuates adult hippocampal neurogenesis and cognition. Nat. Commun. 2021; (12):1174.Jia B, Xie L, Zheng Q, Yang PF, Zhang WJ, Ding C, et al. A hypomagnetic field aggravates bone loss induced by hindlimb unloading in rat femurs. PLoS One. 2014;9:e105604. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0105604https://doi.org/10.1038/s41467-021-21468-xSarimov RM, Binhi VN, Milyaev, VA. The influence of geomagnetic field compensation on human cognitive processes. Biophysics. 2008;53(5):433–41. https://doi.org/10.1134/S0006350908050205Zhang X, Li J F, Wu Q J, Li B, Jiang JC. Effects of hypomagnetic field on noradrenergic activities in the brainstem of golden hamster. Bioelectromagnetics. 2007;(28):155–8. https://doi.org/10.1002/bem.20290Binhi VN, Sarimov RM. Zero Magnetic Field Effect Observed in Human Cognitive Processes. Electromagnetic Biology and Medicine. 2009;28(3):310–5. https://doi.org/10.3109/15368370903167246Wang X, Jing C, Selby C P, Chiou Y Y, Yang Y, Wu W et al. Comparative properties and functions of type 2 and type 4 pigeon cryptochromes. Cell Mol. Life Sci. 2018;(75):4629–41. https://doi.org/10.1007/s00018-018-2920-yБинги ВН, Миляев ВА, Саримов РМ, Заруцкий АА. Влияние электростатического и “нулевого” магнитного полей на психофизиологическое состояние человека. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006;8(9):48–58. EDN: HVNYQNJia B, Xie L, Zheng Q, Yang PF, Zhang WJ, Ding C, et al. A hypomagnetic field aggravates bone loss induced by hindlimb unloading in rat femurs. PLoS One. 2014;(9):e105604. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0105604Sarimov RM, Binhi VN, Milyaev VA. The Influence of Geomagnetic Field Compensation on Human Cognitive Processes. Biofizika. 2008;53(5):856–66. https://doi.org/10.1134/S0006350908050205Sarimov RM, Binhi VN, Milyaev, VA. The influence of geomagnetic field compensation on human cognitive processes. Biophysics. 2008;53(5):433–41. https://doi.org/10.1134/S0006350908050205Куканов В Ю, Васин А Л, Демин А В, Счастливцева ДВ, Бубеев ЮА, Суворов АВ. и др. Влияние моделируемых гипомагнитных условий на некоторые физиологические показатели при 8-часовой экспозиции. эксперимент «АРФА-19» Физиология человека. 2023;49(2):54–64.Binhi VN, Sarimov RM. Zero Magnetic Field Effect Observed in Human Cognitive Processes. Electromagnetic Biology and Medicine. 2009;28(3):310–5. https://doi.org/10.3109/15368370903167246https://doi.org/10.31857/S0131164622600343Bingi VN, Milyaev VA, Salimov RM, Zarutsky AA. The influence of electrostatic and "zero" magnetic fields on the psychophysiological state of a person. Biomedical technologies and radio electronics. 2006;8(9): 48‒58 (In Russ.). EDN: HVNYQNNakagawa K. Magnetic Field Deficiency Syndrome and Magnetic Treatment. Japan Medical Journal. 1976;2745.Sarimov RM, Binhi VN, Milyaev VA The Influence of Geomagnetic Field Compensation on Human Cognitive Processes. Biofizika. 2008;53(5):856–66. http://doi.org/10.1134/S0006350908050205Ковров ГВ, Власова АВ, Попова ОВ, Черникова АГ. Изменение паттерна нарушений сна у здоровых людей в условиях 21-суточной антиортостатической гипокинезии. Acta Biomedica Scientifica. 2023;8(6):241–8. https://doi.org/10.29413/ABS.2023-8.6.24Kukanov VYu, Vasin AL, Demin AV, Schastlivtseva DV, Bubeev YuA, Suvorov AV et al. Effect of Simulated Hypomagnetic Conditions on Some Physiological Paremeters under 8-Hour Exposure. Experiment Arfa-19. Hum Physiol. 2023;(49):138–46 (In Russ.).Носовский АМ, Попова ОВ, Смирнов ЮИ. Современные технологии статистического анализа медицинских данных и способы их графического представления. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023;57(5):149–54. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2023-57-5-149-154https://doi.org/10.31857/S0131164622600343Roehrs T, Carskadon MA, Dement WC, Roth T. Daytime Sleepiness and Alertness, Principles and Practice of Sleep Medicine. Elsevier. 2017;4:9–48. https://doi.org/10.1016/s0149-7634(87)80016-7Nakagawa K. Magnetic Field Deficiency Syndrome and Magnetic Treatment. Japan Medical Journal. 1976; 2745Вейн АМ, Пономарева ИП, Елигулашвили ТС, Посохов СИ, Филимонов МИ, Полуэктов М.Г. Цикл «сон-бодрствование» в условиях антиортостатической гипокинезии. Авиакос мическая и экологическая медицина. 1997;1:47–52.Kovrov GV, Vlasova AV, Popova OV, Chernikova AG. Changes in the pattern of sleep disorders in healthy people under conditions of 21-day antiorthostatic hypokinesia ActaBiomedica Scientifica. 2023;8(6):241‒8 (In Russ.).Дорохов ВБ. Анализ психофизиологических механизмов нарушения деятельности при дремотных изменениях сознания. Вестник РГНФ. 2003;1(4):137–44.https://doi.org/10.29413/ABS.2023-8.6.24Putilov AA, Donskaya OG, Verevkin EG, Arsen’ev GN, Puchkova AN, Dorokhov VB, et al. Overlap between individual variation in personality traits and sleep-wake behavior. Current Psychology. 2021. https://doi.org/10.1007/s12144-021-01495-zNosovsky AM, Popova OV, Smirnov YuI. Modern technologies of statistical analysis of medical data and methods of their graphical representation. Aerospace and environmental medicine. 2023;57(5):149‒154 (In Russ.).Шевцова КВ, Нодель МР, Качановский МС, Ковров ГВ, Яхно НН. Многофакторность дневной сонливости при болезни Паркинсона. Бюллетень Национального общества по изучению болезни Паркинсона и расстройств движений. 2022;2:223–6. https://doi.org/10.24412/2226-079X-2022-12473https://doi.org/10.21687/0233-528X-2023-57-5-149-154Нодель МР, Шевцова КВ, Ковров ГВ, Яхно НН. Неожиданные засыпания у пациентов с болезнью Паркинсона. Российский неврологический журнал. 2022;27(1):62–8. https://doi.org/10.30629/2658-7947-2022-27-1-62-68Roehrs T., Carskadon M.A., Dement W.C., Roth T. Daytime Sleepiness and Alertness, Principles and Practice of Sleep Medicine. Elsevier. 2017;4:39–48. https://doi.org/10.1016/s0149-7634(87)80016-7Ковальзон ВМ. Современный взгляд на серотониновую теорию депрессии. Российский неврологический журнал. 2020;25(3):40–4. https://doi.org/10.30629/2658-7947-2020-25-3-40-44Vane AM, Ponomareva IP, Yeligulashvili T, Levin YaI, Kovrov GV, Filimonov MI. Features of the sleep-wake cycle during prolonged isolation. Aerospace and environmental medicine. 1997;31(4):36‒41 (In Russ.).Шуст ИВ, Костиник ИМ. Реакции коры надпочечников животных на воздействие сильного постоянного МП и гипомагнитной среды. Проблемы эндокринологии. 1976;22(2):86–91.Dorokhov VB. Analysis of the psychophysiological mechanisms of impaired activity during somnolent changes in consciousness. Bulletin of the RGNF. 2003;1(4):137‒44 (In Russ.).Putilov AA, Donskaya OG, Verevkin EG, Arsen'ev GN, Puchkova AN, Dorokhov VB, et al. Overlap between individual variation in personality traits and sleep-wake behavior. Current Psychology. 2021.Putilov AA, Donskaya OG, Verevkin EG, Arsen'ev GN, Puchkova AN, Dorokhov VB, et al. Overlap between individual variation in personality traits and sleep-wake behavior. Current Psychology. 2021.https://doi.org/10.1007/s12144-021-01495-zhttps://doi.org/10.1007/s12144-021-01495-zShevtsova KV, Nodel MR, Kachanovsky MS, Kovrov GV, Yakhno NN. Multifactorial daytime sleepiness in Parkinson's disease. Bulletin of the National Society for the Study of Parkinson's Disease and Movement Disorders. 2022;(2):223–6 (In Russ.). https://doi.org/10.24412/2226-079X-2022-12473Shevtsova KV, Nodel MR, Kachanovsky MS, Kovrov GV, Yakhno NN. Multifactorial daytime sleepiness in Parkinson's disease. Bulletin of the National Society for the Study of Parkinson's Disease and Movement Disorders. 2022;(2):223–6 (In Russ.). https://doi.org/10.24412/2226-079X-2022-12473Nodel MR, Shevtsova KV, Kovrov GV, Yakhno NN. Unexpected falling asleep in patients with Parkinson's disease. Russian Neurological Journal. 2022;27(1):62–8 (In Russ.). https://doi.org/10.30629/2658-7947-2022-27-1-62-68Nodel MR, Shevtsova KV, Kovrov GV, Yakhno NN. Unexpected falling asleep in patients with Parkinson's disease. Russian Neurological Journal. 2022;27(1):62–8 (In Russ.). https://doi.org/10.30629/2658-7947-2022-27-1-62-68Kovalzon VM. A modern view on the serotonin theory of depression. Russian Neurological Journal. 2020;25(3):40‒4 (In Russ.).Kovalzon VM. A modern view on the serotonin theory of depression. Russian Neurological Journal. 2020;25(3):40‒4 (In Russ.).https://doi.org/10.30629/2658-7947-2020-25-3-40-44https://doi.org/10.30629/2658-7947-2020-25-3-40-44Shust IV, Kostin IM. Reactions of the adrenal cortex of animals to the effects of strong constant MP and hypomagnetic medium. Problems of endocrinology. 1976;22(2):86‒91.Shust IV, Kostin IM. Reactions of the adrenal cortex of animals to the effects of strong constant MP and hypomagnetic medium. Problems of endocrinology. 1976;22(2):86‒91.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.