Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Форсированный выдох
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Акустическая оценка вентиляторной функции легких
Цель эксперимента:

Оценка вентиляторной функции легких на основе анализа акустических характеристик трахеальных шумов форсированного выдоха в качестве метода контроля за функциональным состоянием респираторной системы в длительном космическом полете (КП) и ранней диагностики нарушений легочной вентиляции.

Описание эксперимента:

Известно, что в условиях микрогравитации происходит перемещение жидких сред организма в краниальном направлении. Купол диафрагмы смещается в грудную клетку, изменяются легочные объемы. Кровь перемещается от нижних конечностей в брюшную полость и грудную клетку. Все это приводит к таким изменениям в дыхательной системе космонавта, которые могут приводить к нарушениям вентиляторной и газообменной функции легких [В.М. Баранов, 2011]. В космическом полёте у российских космонавтов и американских астронавтов отмечены жалобы на дыхательный дискомфорт и возникновение заболеваний органов дыхания [И.Б. Гончаров, И.В. Ковачевич, А.Ф. Жернавков, 2001]. Ранее, в ходе выполнения работ по космическому эксперименту «Дыхание» установлено увеличение времени задержки дыхания на вдохе [В.М. Баранов и др., 2011]. Полученные результаты свидетельствуют об изменениях в системе регуляции дыхания в условиях длительного КП. Раскрытие физиологических механизмов этих изменений представляет, во-первых, фундаментальное значение, и, во-вторых, может быть использовано в практике космической медицины в целях контроля за состоянием вентиляционной функции легких космонавтов, расширяя существующие представления об особенностях адаптации организма человека к условиях длительных КП.

Для оценки вентиляторной функции легких требуется использование специального прибора. В условиях КП это удобно сделать с помощью ранее разработанной технологии [Коренбаум и др., 2008, патенты РФ 2405429, 2304919, 2291666], основанной на объективном анализе продолжительности дыхательных шумов форсированного выдоха, регистрируемых датчиком, располагаемым на коже в области шеи над трахеей обследуемого. Данная технология показала высокую диагностическую эффективность в выявлении обструктивных изменений вентиляционной функции легких (Почекутова, 2011). Предлагаемый подход был успешно реализован для выявления нарушений вентиляторной функции легких у боевых пловцов ВМФ, осуществлявших погружения в водолазном снаряжении замкнутого типа (Почекутова, Коренбаум, 2011). Показана информативность данной технологии к реакции обследуемых на изменение давления и газового состава дыхательной среды, а также водную иммерсию [Дьяченко и др., 2012, А.Н. Михайловская и др., 2011]. Предлагаемая технология характеризуется не только высокой чувствительностью к изменениям вентиляционной функции легких, но и удобна к применению в условиях КП, так как не требует стерилизации датчика и полностью исключает перекрестное воздушно-капельное инфицирование обследуемых.

Эксперимент предполагает проведение  оценки вентиляторной функции легких до, во время и после КП. Ожидаемым результатом КЭ должны стать разработка метода акустической оценки вентиляторной функции легких, уточнение механизмов влияния микрогравитации на биомеханику дыхания, что позволит, в дальнейшем, усовершенствовать систему медицинского контроля за состоянием респираторной системы в длительном КП.

Новизна эксперимента:

Исследование форсированного выдоха в ходе коротких 9-дневных КП не выявило существенных изменений показателей форсированного выдоха [Elliott et al., 1996]. Однако, в ходе длительных полетов (до 1 года) выявлено снижение показателей форсированного выдоха [В.М. Баранов и др., 2011]. Это снижение может быть в результате снижения силы экспираторных мышц или в результате снижения проходимости дыхательных путей в процессе форсированного выдоха. Влияние длительных (до полугода) полетов на жизненную емкость легких и силу дыхательных мышц исследовали на МКС американские специалисты [Prisk et al., 2006]. Они показали, что сила экспираторных и инспираторных мышц в ходе полета не изменялась.

Таким образом, более вероятно, что в ходе длительных полетов изменяются характеристики легких и дыхательных путей, приводящие к снижению показателей форсированного выдоха.

При исследовании легочных объемов была обнаружена тенденция снижения ЖЕЛ после двух месяцев полета, [Prisketal., 2000]. Таким образом, ранее проведенные исследования российских, американских и европейских специалистов позволяют предположить, что в ходе длительных КП состояние легких (наиболее вероятно – дыхательных путей) изменяется настолько, что снижаются показатели форсированного выдоха.

Постановка нового КЭ позволит более определенно ответить на вопрос, происходят ли в ходе длительных КП изменения биомеханики дыхания, проявляющиеся в изменении свойств легких и дыхательных путей. О наличии таких изменений можно будет судить по акустическим характеристикам форсированного выдоха.

Со времени изобретения аускультации легких Р. Лаеннеком (1816) акустические методы применяются для медицинской диагностики вентиляционных дефектов. Многочисленные попытки объективизации этой процедуры в медицинских целях предпринимались на протяжении последних 50 лет, однако решающим успехом пока так и не увенчались [Коренбаум, Кулаков, 2011].

Предлагаемая акустическая технология оценки акустических характеристик трахеальных шумов форсированного выдоха обладает научной новизной, что подтверждено рядом патентов РФ [Коренбаум и др., 2008; Korenbaum, Pochekutova, 2008; Почекутова и др., 2011; Почекутова, Коренбаум, 2011; патенты РФ: 2405429; 2304919; 2291666].

В интересах космических исследований предлагаемая технология впервые была применена в исследований, проведенных в рамках международного эксперимента «Марс-500», где позволила выявить у ряда обследуемых статистически значимую динамику акустических характеристик вентиляционной функции легких в течение эксперимента. Акустическая оценка состояния вентиляционной функции легких предлагаемым методом в условиях КП предпринимается впервые в мире.

Научная аппаратура:

В эксперименте используется следующая научная аппаратура: укладка «Форсированный выдох» и укладка «Форсированный выдох - КРМ».

Для выполнения данного КЭ привлекается компьютер медицинского обеспечения RSE-Med из состава бортовых штатных средств МКС.

Блоки и агрегаты, входящие в состав НА, и их назначение:

Укладка «Форсированный выдох» предназначена для доставки и хранения на РС МКС комплекта «Форсированный выдох».

Комплект «Форсированный выдох» предназначен для исследования вентиляторной функции легких в условиях КП.

В состав комплекта «Форсированный выдох» входят:

- акустический датчик с кабелем, предназначенный для регистрации шумов форсированного выдоха над трахеей обследуемого;

- CD- диск с ПМО, предназначенным для предварительной обработки данных.

Укладка «Форсированный выдох – КРМ» предназначена для доставки на РС МКС расходуемых материалов (по одной укладке для каждого космонавта на экспедицию).

В состав укладки «Форсированный выдох - КРМ» входят:

- индивидуальный носовой зажим, предназначенный для предотвращения носового дыхания (при проведении эксперимента обследуемый должен выдыхать только через рот);

- укладка «Форсированный выдох. Данные» с картой памяти, предназначенной для дублирования записей с данными результатов КЭ, сохраненных в памяти компьютера RSE-Med, и доставки результатов КЭ на Землю.

Ожидаемые результаты:

В ходе КЭ предполагается получить новые знания о динамике акустических характеристик форсированного выдоха до, во время и после длительных КП.

Полученные акустические данные и результаты их статистической обработки позволят уточнить механизмы влияния микрогравитации на биомеханику и вентиляторную функцию дыхания.

Полученные новые знания позволят с большей достоверностью прогнозировать изменения состояния системы дыхания у космонавтов в процессе длительных КП, что будет являться одним из ожидаемых прикладных результатов.

Другим ожидаемым прикладным результатом будет являться создание новой неинвазивной технологии контроля состояния вентиляторной функции легких у космонавтов, которая по своим диагностическим и техническим параметрам может быть успешно применена в процессе длительных КП.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2015-2016 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр специализированной медицинской помощи и медицинских технологий» ФМБА России
Организации участники: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский испытательный Центр подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина». Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королёва, Тихоокеанский океанологический Институт Дальневосточного отделения Российской академии наук имени В.И. Ильичева
Научный руководитель: Баранов В.М., НИИ космической медицины ФНКЦ ФМБА России, зам. гендиректора, д.м.н., профессор, академик РАМН
Публикации по эксперименту:

- Баранов В.М. Физиологический анализ возможных причин гипоксемии в невесомости // Физиология человека. 2011. т. 37, № 4, с. 72-78.

- Баранов В.М., Попова Ю.А., Суворов А.В., Дьяченко А.И., Колесников В.И., Миняева А.В., Миняев В.И. Исследование регуляции и биомеханики дыхания в условиях космического полёта // В Кн. Космическая биология и медицина: В 2 т. Том 2. Медико-биологические исследования на российском сегменте МКС, 2011 г., стр. 72-92.

- Гончаров И.Б., Ковачевич И.В., Жернавков А.Ф. Заболевания и повреждения, наблюдаемые в реальных космических полётах./ В кн. Космическая биология и медицина, Москва, Наука, 2001, Т.4., С.155-164.

- Коренбаум В.И., Тагильцев А.А., Костив А.Е., Горовой С.В., Почекутова И.А., Бондарь Г.Н. Акустическая аппаратура для исследования дыхательных звуков человека // Приборы и техника эксперимента, 2008. Т.51, №2, С.147-154.

- Коренбаум В.И., Кулаков Ю.В. Успехи и проблемы объективизации аускультации легких // Тихоокеанский медицинский журнал. 2011. № 2. C. 6-8.

- Михайловская А.Н., Осипова А.А., Дьяченко А.И. Акустические и спирометрические показатели шумов форсированного выдоха в условиях 5-суточной сухой иммерсии. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2011, т. 47, № 6, с. 32-36.

- Патент РФ 2291666. Способ диагностики нарушений бронхиальной проходимости / Коренбаум В.И., Почекутова И.А.. Опубл. 20.01.2007, БИПМ № 2.

- Патент РФ 2304919. Способ диагностики нарушений бронхиальной проходимости / Коренбаум В.И., Костив А.Е., Почекутова И.А.. Опубл. 27.08.2007, БИПМ № 24.

- Патент РФ 2405429. Способ контроля состояния вентиляционной функции легких человека при неблагоприятных воздействиях / Коренбаум В.И., Почекутова И.А., Тагильцев А.А., Костив А.Е., Кирьянова Е.В., Градобоев В.Н. Опубл. 10.12.2010. Бюл. №34.

- Почекутова И.А., Горбик Н.М., Кулаков Ю.В., Костив А.Е., Кирьянова Е.В., Коренбаум В.И. Пересмотр диагностического значения продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха в выявлении бронхиальной обструкции // Практическая медицина. 2011. №3. C. 110-114.

- Почекутова И.А., Коренбаум В.И. Акустическая оценка влияния одиночного погружения в водолазном снаряжении закрытого типа на вентиляционную функцию легких // Физиология человека. 2011, т.37, №3, С.76-82.

Последнее обновление: 16.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения