Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Кардио-ОДНТ
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Комплексное исследование динамики основных показателей сердечной деятельности и кровообращения
Цель эксперимента:

• Исследование функциональных возможностей организма человека в космическом полете проводится с целью уточнения механизмов адаптации человека в различные сроки его пребывания в условиях микрогравитации с учетом особенностей конкретного периода полета космонавта.

• Выявление взаимосвязи регуляции большого и малого кругов кровообра-щения человека на этапах его адаптации к условиям длительного воздействия микрогравитации с помощью функциональной нагрузочной пробы с приложением ОДНТ для оценки и прогнозирования ортостатической устойчивости.

Описание эксперимента:

Вопросы изучения реакции человека в целом и в частности его сердечно-сосудистой системы в условиях микрогравитации остаются в центре внимания специалистов с начала эры пилотируемых космических полетов и до настоящего времени. Расширение углубление знаний, основанных на объективных данных, о функциональном состоянии системы кровообращения космонавтов в покое, ответных реакциях на нагрузочные пробы и их особенности в зависимости от исходного состояния имеют большое значение в двух аспектах. Практическое значение для врачей, занимающихся медицинским обеспечением пилотируемых космических полетов. Полученные результаты позволяют вовремя диагностировать, а в ряде случаев предупредить возможные изменения того или иного отдела сердечно-сосудистой системы. Они являются основополагающими для разработки необходимых рекомендаций по РТО, приему корректирующих медицинских препаратов, режиму проведения тренировок для профилактики неблагоприятного влияния невесомости и т. д. В совокупности все это необходимо для сохранения здоровья космонавтов в полетах различной продолжительности и успешного завершения их космических миссий. Теоретическое значение - совершенствование знаний о механизмах адаптации человека в различные сроки его пребывания в условиях микрогравитации с учетом особенностей конкретного полета.

КЭ состоит из двух основных частей и включает проведение функциональных тестов с физической нагрузкой на велоэргометре и воздействием ОДНТ. Для решения поставленных задач используется штатная аппаратура медицинского контроля Гамма -1” с коммутатором блока РПГ, которая обеспечит регистрацию ЭКГ в отведении “DS”, артериального давления (тахоосцилограммы и тонов Короткова), реограммы туловища (для определения ударного объема сердца и минутного объема кровообращения), предплечья, голени, правого легкого, печени и реоэнцефалограммы трех сосудистых бассейнов головы.

Предлагаемая для РС МКС модификация функциональных нагрузок по сравнению с используемыми на борту ОК “Мир” имеет две основные особенности. Прежде всего режимы и длительность их воздействия будут максимально приближены к клинико-физиологическим пробам.

ДФН выполняется до субмаксимального ее уровня по схеме, индивидуально подобранной для каждого космонавта в зависимости от его возраста и, что имеет большое практическое значение, от физической тренированности космонавта на различных этапах полета. Это позволит при необходимости оперативно менять уровень нагрузки и соответственно более точно оценить уровень физической тренированности космонавта. Кроме того к перспективным с точки зрения выявления ранних признаков снижения переносимости интенсивных нагрузок относятся показатели внутренней структуры сердечного ритма, гемодинамики и их соотношение.

Схема проведения пробы с воздействием ОДНТ полностью соответствует изложенной выше. Кроме того в данной пробе существенно расширен объем получаемой информации за счет регистрации регионарных реограмм (предплечья, голени, печени и правого легкого), что необходимо для изучения динамики показателей кровенаполнения и тонуса сосудов различного калибра под влиянием депонирования крови в сосудах нижних конечностей. Комплексная оценка различных уровней системы кровообращения при имитации ортостатического положения тела человека в условиях микрогравитации расширит диагностическую значимость пробы в плане изучения механизмов ответных реакций системы в целом в зависимости от исходного (перед пробой) ее функционального состояния и соответственно прогнозирования ортостатической устойчивости космонавтов при их возвращении на Землю. Качество получаемой информации определяется предполетной подготовкой космонавтов к проведению исследований, своевременной подготовкой к проведению исследований, точному выполнению методики, рекомендаций специалистов ЦУП и устойчивой ТМ-связью во время исследований в полете.

Задачи КЭ:

- изучение ответных реакций большого и малого кругов кровообращения при воздействии отрицательного давления на нижнюю часть тела (ОДНТ);

- изучение особенностей ответных реакций различных отделов системы кровообращения космонавтов на воздействие ОДНТ в зависимости от их исходного состояния;

- анализ функционального состояния и механизмов формирования адаптивных реакций различных уровней системы кровообращения космонавтов на этапах длительных космических полетов для оценки и прогнозирования ортостатической устойчивости.

Объекты исследования – российские космонавты МКС.

Методы исследования:

- электрокардиография;

- полиреография;

- тахоосциллография.

Во время эксперимента регистрировали:

- ЭКГ в отведении DS - непрерывно до, во время и после разрежения;

- ТО плечевой артерии;

- РГ туловища в отведении “рука-рука”;

- РГ предплечья, голени, правого легкого и печени;

- РЭГ в фронто-мастоидальных (справа и слева) и бимастоидальном отведениях для оценки кровообращения в трех сосудистых областях головы (соответственно внутренних сонных артерий справа и слева, вертебробазилярной системы).

- Разрежение в ПВК «Чибис».

Эксперимент проводился в три этапа: до, во время и после полёта.

Эксперименты до полёта, необходимые для получения информации о функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы космонавтов до разрежения и индивидуальной реакции системы кровообращения на воздействие ОДНТ в условиях земной гравитации, проводились на базе РГНИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина с использованием аналогов бортовой аппаратуры и строгом соблюдении методики проведения эксперимента как по режимам и времени воздействия разрежения, так и по объему регистрируемых физиологических кривых. В обследовании принимали участие специалисты ГМО, которые в дальнейшем сопровождали проведение эксперимента космонавтами на борту МКС.

В каждом КЭ принимали участие два члена экипажа: обследуемый (российский космонавт) и помогающий (за исключением МКС-1 и МКС-17 это были американские астронавты). Соблюдение перечисленных выше условий проведения обследования космонавтами самостоятельно на борту позволило выполнить эксперименты в соответствии с «Научно-методической запиской». Ни в одном из обследований не было показаний к коррекции методики эксперимента или его прекращения.

Новизна эксперимента:

По объему получаемой информации для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы космонавтов и ее резервных возможностей в условиях микрогравитации аналогичные исследования в настоящее время не проводятся. Предлагаемая методика КЭ и способ ее реализации полностью соответствует основным требованиям при выполнении космонавтами исследований на борту: безопасность; простота выполнения необходимых для обследования операций; достаточная достоверность получаемой информации, проверенная в ходе длительного (11 лет) использования данной аппаратуры для штатного медицинского контроля за состоянием здоровья космонавтов; возможность получения информации в реальном масштабе времени, что делает безопасным проведение даже больших по режиму и длительности воздействия функциональных нагрузок и соответственно оперативная оценка переносимости воздействия. Следовательно, полученные результаты могут использованы при разработке при необходимости рекомендаций для космонавтов. Принимая во внимание, что указанная аппаратура используется для штатного медицинского контроля при подготовке космонавтов к конкретному полету не требуется выделения дополнительного времени для обучения.

По сравнению с исследованиями на станции "Мир" существенно расширен объем получаемой информации за счет регистрации регионарных реоплетизмограмм (предплечья, голени, печени и правого легкого).Комплексная оценка регионарных плетизмограмм, характеризующих различные уровни системы кровообращения, расширит диагностическую значимость проводимых исследований.

Научная аппаратура:

При проведении эксперимента используется следующая аппаратура:

- штатная аппаратура медицинского контроля на СМ МКС ГАММА-1М с коммутатором блока РПГ и комплектом УСИ: ВАП-ККГ, АД, РПГ-1, РПГ-2, РПГ-3-01, РПГ-4, РПГ-5-01, ШКО РЭГ-1, предназначенная для регистрации физиологической информации;

- пневмовакуумный комплект (ПВК) «ЧИБИС», предназначенный для создания отрицательного давления вокруг нижней части тела.

- расходуемый материал: влажные салфетки СЛГ и увлажнитель

- ИВК ЦУП-М.

Аппаратура ГАММА-1М обеспечивает регистрацию ЭКГ - DS, АД методом тахоосциллографии, РГ и РЭГ различных сосудистых областей.

КЭ проводиться в зоне медицинской стойки СМ МКС, на которой смонтирована аппаратура ГАММА-1М и расположен ПВК «Чибис».

Ожидаемые результаты:

Научные результаты - полученная объективная информация расширит и позволит получить более углубленные знания о механизмах влияния условий микрогравитации на сосуды большого и малого кругов кровообращения и их ответных реакциях в зависимости от исходного перед пробой функционального состояния на различных этапах полета, позволит более детально изучать индивидуальные реакции организма человека.

Предполагаемое использование - совершенствование медицинского контроля с целью расширения его диагностических возможностей для обоснованного прогнозирования состояния здоровья космонавтов при увеличении длительности полета, разработки при необходимости рекомендаций и, следовательно, предупреждения возможных неблагоприятных изменений со стороны сердечно-сосудистой системы, в том числе после возвращения космонавтов на Землю.

Усовершенствованная программа медицинского контроля применительно к космическим полетам различной продолжительности с учетом индивидуальных особенностей космонавтов, в том числе резервных возможностей их сердечно - сосудистой системы в зависимости от условий и этапа полета. Методика оценки КЭ - своевременное выявление возможных изменений функционального состояния сердечно-сосудистой системы и, следовательно, сохранение здоровья космонавтов на всем протяжении длительных космических полетов.

Полученные результаты:

При проведении КЭ самочувствие космонавтов (в полёте по данным переговоров) до, во время и после воздействия ОДНТ было хорошим.

Жалоб не предъявляли.

Анализ полученной информации выявил, что в полёте в условиях относительного покоя (перед разрежением):

- функциональное состояние центральной гемодинамики было типичным для длительного пребывания человека в условиях микрогравитации;

- временные и амплитудные показатели ЭКГ, величины артериального давления, ударного объёма сердца и минутного объёма кровообращения находились в пределах физиологической нормы;

- регионарное кровообращение характеризовалось неоднозначной для каждой сосудистой области динамикой одноимённых показателей. В частности:

- средняя для всей группы величина показателя пульсового кровенаполнения сосудов в бассейне левой внутренней сонной артерии имела тенденцию к увеличению, в правой - к уменьшению;

- показатель пульсового кровенаполнения сосудов вертебробазилярной системы практически не отличался от предполётного;

- тонус мелких сосудов всех исследуемых сосудистых областей головы в той или иной мере снижался по сравнению с предполётным периодом, более заметно в вертебробазилярной системе. При этом величины показателей находились в основном в диапазоне, характерном для нормотонического состояния пре- и посткапиллярных сосудов, для вертебробазилярной системы – приближались к нижней его границе. Наряду с этим эпизодически отмечалась выраженная вазодилатация (преимущественно в вертебробазилярной системе), иногда с признаками венозного застоя, или вазоконстрикция, в основном в бассейнах внутренних сонных артерий.

- показатели пульсового кровенаполнения сосудов предплечья и голени снижались: в первом случае значительно и статистически значимо, во втором – умеренно и недостоверно. Тонус мелких сосудов снижался в обеих сосудистых областях, более заметно в предплечье, что приводило к практически выравниванию тонуса сосудов предплечья и голени в условиях микрогравитации;

- наиболее выраженными и закономерными были изменения гемодинамической ситуации в области правого лёгкого:

- показатель пульсового кровенаполнения, как правило, увеличивался;

- тонус крупных и мелких сосудов с разной степенью достоверности повышался;

- показатели скорости притока крови в сосуды правого лёгкого достоверно возрастали, наиболее статистически значимо для быстрого кровенаполнения (р<0,001).

Таким образом, в длительном космическом полете под влиянием микрогравитации прежде всего изменялось функциональное равновесие между сосудистыми областями большого и малого кругов кровообращения. Показательны также иные по сравнению с предполётным периодом соотношения между одноимёнными параметрами, характеризующими гемодинамический статус предплечья и голени как проявление изменённой в условиях гравитационной нагрузки на сосуды верхней и нижней половины туловища. Изменение соотношения между различными сосудистыми областями головы (правая и левая внутренние сонные артерии, вертебробазилярная система) отражало, вполне вероятно, изменения функциональной нагрузки, том числе и психоэмоциональной, на церебральную гемодинамику в условиях полета. Выявленный в полёте комплекс динамики показателей, характеризующих кровообращение в области правого лёгкого, свидетельствовал в целом о гиперволемии сосудов малого круга кровообращения, увеличении скорости быстрого кровенаполнения и компенсаторным повышением тонуса крупных сосудов лёгкого, препятствующего чрезмерной гиперволемии, и одновременно признаками гипертензии пре- и посткапиллярных сосудов, затрудняющей отток крови. Такую гемодинамическую ситуацию следует рассматривать как одно из проявлений перемещения вектора сердечного выброса в краниальном направлении, характерного для условий микрогравитации, и адаптивной перестройкой функционального взаимодействия сосудов всех калибров в малом круге кровообращения.

При воздействии ОДНТ до и во время полёта реакция центрального и регионарного кровообращения была характерной для депонирования части циркулирующей крови в зоне декомпрессии:

- ЧСС увеличивалась, конечное систолическое давления и объёмы гемоциркуляции снижались (в большей степени ударный объём сердца);

- амплитудные и временные характеристики ЭКГ изменялись адекватно нагрузке, что не отличалось от результатов многочисленных штатных проб, проведённых до полёта и на разных его этапах;

- показатели пульсового кровенаполнения сосудов всех областей в разной степени снижались;

- сосудистые реакции также определялись конкретной областью и были направлены на обеспечение ортостатической устойчивости.

В полёте при воздействии ОДНТ на фоне иного по сравнению с Землёй гемодинамического статуса:

- изменения показателей центральной гемодинамики и ЭКГ были характерны для условий полёта;

- ППК сосудов практически всех исследуемых сосудистых областей снижался более заметно, чем до полёта, и степень этих снижений, как и до полёта, была неоднозначной для каждой из исследуемых областей;

- сосудистые реакции были, как и до полёта, неоднозначными в каждой из исследуемых областей; итогом перечисленных реакций явилось практическое отсутствие разницы между величинами аналогичных гемодинамических показателей, зарегистрированных при воздействии ОДНТ на Земле и в условиях микрогравитации;

- для области правого лёгкого отличия по сравнению в предполётным периодом сохранялись. А именно, признаки гиперволемии и гипертензии сосудов малого круга кровообращения, выявленные до разрежения, при воздействии ОДНТ становились заметно менее выраженными и для большинства показателей статистически не достоверными, однако полностью не исчезали.

Иными словами, при имитации с помощью воздействия ОДНТ вертикального положения тела во время полёта гемодинамическая ситуация в большинстве сосудистых областях приближалась к таковой при проведении аналогичных исследований до полёта. Для правого лёгкого прослеживалась только тенденция к возвращению показателей кровообращения в малом круге кровообращения к предполётному уровню в таких же условиях.

Результаты эксперимента в полной мере отвечают на вопросы, поставленные перед КЭ «Кардио-ОДНТ».

Впервые получена объективная информация, позволяющая комплексно оценить функциональное состояние различных областей большого и, что очень важно с практической и теоретической точки зрения, малого круга кровообращения при воздействии ОДНТ в условиях микрогравитации. Уточнены механизмы ответных реакций сосудов большого и малого кругов кровообращения. Выявлены особенности адаптивных реакций каждой из исследуемых областей и их взаимодействие при имитации вертикального положения с помощью воздействия ОДНТ в зависимости от исходного гемодинамического статуса организма, который, как показали результаты эксперимента, существенно отличаются до и во время полёта. Чрезвычайно значимы объективные данные о положительном влиянии декомпрессии нижней части тела во время полёта на гемодинамическую ситуацию в организме в целом, особенно на кровообращение малого круга, которое, как следует из результатов КЭ, наиболее подвержены влиянию микрогравитации. Получены объективные факты, убедительно подтверждающие эффективность тренировок с воздействием ОДНТ на систему кровообращения при подготовке космонавтов к возвращению на Землю. В теоретическом аспекте результаты эксперимента значительно дополнили объективную информацию о феноменологии влияния микрогравитации на функциональном состоянии различных отделов сердечнососудистой системы космонавтов в длительных космических полётах. Ранее исследования регионарной гемодинамики с использованием метода полиреографии в таком объёме проводились во время полёта в условиях покоя у членов экипажей ЭО-3 - ЭО-10 ОС «МИР», у космонавтов ОС «Салют-6» изучалось кровообращение в бассейнах внутренних сонных артерий, в области предплечья и голени.

Полученные в настоящем эксперименте сведения об особенностях регионарного кровообращения в покое в основном сопоставимы с результатами предыдущих обследований во время полёта. Выявленные отличия (в основном в количественных характеристиках) можно объяснить, с большой долей вероятности, иными по сравнению с предыдущими станциями условиями жизнедеятельности космонавтов, применением более совершенных средств и методик профилактики неблагоприятного влияния условий микрогравитации и, что очень важно, отношением самих космонавтов к тренировочному процессу. Состояние регионарной гемодинамики с применением полиреографии при воздействии ОДНТ исследовалось только в экспериментах, моделирующих влияние некоторых факторов полёта на Земле, а также при обследовании космонавтов на этапе их отбора и включения в программу подготовки к полёту.

Исследования с воздействием ОДНТ во время полёта проводились в двух направлениях. Первое – в объёме штатного медицинского контроля для оценки функционального состояния центрального кровообращения (ударного объёма сердца и минутного объёма кровообращения) и церебральной гемодинамики. Второе направление – это научные эксперименты с использованием ультразвуковых методов, направленные на изучение кровотока в противоположно расположенных магистральных артериях (средняя мозговая и бедренная) и выявление наиболее информативных показателей для оценки ортостатической устойчивости.

Научное значение результатов КЭ

Результаты эксперимента «Кардио-ОДНТ» позволили существенно дополнить объективную информацию о функциональном состоянии различных отделов сердечнососудистой системы космонавтов в длительных космических полётах. Определены области, наиболее подверженные длительному влиянию микрогравитации, уточнены механизмы ответных реакций сосудов большого и малого кругов кровообращения и их взаимодействие при имитации вертикального положения с помощью воздействия ОДНТ в зависимости от исходного гемодинамического статуса организма.

Предложения по направлению дальнейших исследований и их обоснование

Для продолжения углублённого изучения функционального состояния сердечнососудистой системы космонавтов во время полётов необходимо провести более детальные исследования биоэлектрической активности сердца с регистрацией ЭКГ в общепринятых клинической практике 12-ти отведениях при воздействии отрицательного давления на нижнюю часть тела. Такие исследования предоставят возможность оценить изменения в условиях микрогравитации показателей ЭКГ позиционного характера, что позволит дополнить и расширить информацию о функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы космонавтов в длительных космических полётов.

Необходимость проведения КЭ - получение дополнительной объективной информации о состоянии биоэлектрических процессов миокарда с целью уточнения механизмов ответных реакций левых и, что очень важно с практической и научной точки зрения, правых отделов сердца на депонирование части крови в зоне декомпрессии, о чём убедительно свидетельствуют результаты эксперимента «Кардио-ОДНТ» о наиболее выраженных и значимых изменениях в области правого лёгкого по сравнению с другими сосудистыми областями системы кровообращения в целом.

Возможность проведения КЭ с регистрацией ЭКГ в 12–и отведениях обеспечивается использованием аппаратуры «Гамма-1М» и ПВК «Чибис», предназначенных для штатного медицинского контроля. Для проведения эксперимента не требуется изготовления и поставки на борт МКС дополнительной аппаратуры, длительного времени для обучения экипажа, поскольку предусмотренные экспериментом методики являются составляющей медицинского контроля.

Новизна и уровень исследований КЭ

Исследования, направленные на изучение биоэлектрической активности различных отделов сердца при пробе с воздействием ОДНТ в условиях полёта не проводились и в настоящее время не проводятся. Впервые появится возможность получить дополнительные сведения о характере электрофизиологических свойств миокарда и особенностях перестройки работы различных отделов сердца космонавтов при имитации вертикального положения в условиях длительного влияния микрогравитации, что позволит прогнозировать функциональные возможности сердца при возвращении на Землю.

Пути использования полученных научных результатов

Во время полёта получаемая при проведении эксперимента информация использовалась: для оперативной оценки реакции системы кровообращения космонавтов непосредственно во время эксперимента, что обеспечивало безопасность эксперимента для космонавтов и выполнения обследования в запланированном объёме.

С целью медицинского контроля для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы космонавта, уровня её функциональных резервов, обеспечивающих ортостатическую устойчивость конкретного космонавта на данном этапе полёта. В тех случаях, когда эксперимент проводился непосредственно перед началом тренировок с воздействием ОДНТ на заключительном этапе полёта, на основании результатов КЭ формулировались индивидуальные рекомендации по схеме проведения тренировок в изделии “ЧИБИС”.

Научные результаты КЭ предназначены для врачей, занимающихся медицинским обеспечением пилотируемых космических полетов:

Для оценки риска и обеспечения безопасности тестов с воздействием ОДНТ, выполняемых в рамках медицинского контроля и научных исследований во время полетов на МКС;

Для оценки и прогнозирования изменений ортостатической устойчивости во время космических полетов;

Для разработки индивидуальных схем тренировок с ОДНТ по результатам проведенных проб на заключительном этапе полета;

Для прогнозирования послеполетной ортостатической устойчивости.

Сроки проведения: В полёте проведено 25 экспериментов у 12-ти космонавтов 10-ти экспедиций МКС (1, 2, 4, 6, 7, 10, 14,15-17) и у 9-ти космонавтов - по два КЭ с интервалом 60-70 суток.
Состояние эксперимента: Завершен
Организация постановщик: ГНЦ РФ-ИМБП РАН
Организации участники: ФГУП ЦНИИмаш; РКК "Энергия" им. СП. Королёва; РГНИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина.
Научный руководитель: Богомолов В.В., д.м.н.
Публикации по эксперименту:

1. Турчанинова В.Ф., Алферова И.В., Голубчикова З.А., Лямин В.Р., Криволапов В.В. Предварительные результаты эксперимента «Кардио-ОДНТ» на борту МКС // Космическая биология и авиакосмическая медицина. Материалы ХII конференции, 10-14 июня 2002 года. Москва, С. 330-331.

2. Турчанинова В.Ф., Алферова И.В., Голубчикова З.А., Лямин В.Р., Криволапов В.В. Эксперимент «КАРДИО-ОДНТ» на борту МКС // Сборник / V Международная научно-практическая конференция «Пилотируемые полеты в космос». 9-10 апреля 2003 г., Звездный городок, Московская область, РФ.

3. Турчанинова В.Ф., Алфёрова И.В., Криволапов В.В. Некоторые аспекты сравнительного анализа гемодинамических реакций на воздействие ОДНТ у космонавтов различных возрастных групп // Авиакосм. и экол. мед. 2010. Т.44. №1. С.20-25.

4. Турчанинова В.Ф., Алфёрова И.В. Комплексное исследование динамики основных показателей сердечной деятельности, центрального и регионарного в покое и при воздействии в условиях микрогравитации («КАРДИО-ОДНТ») – сдана в печать в сб. по МКС.

Последнее обновление: 30.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения