Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Диурез
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Исследование водно-солевого обмена и гормональной регуляции волемии в условиях МГ
Цель эксперимента:

Получение новых данных о состоянии водно - солевого обмена и гормональной регуляции волемии в условиях невесомости и в реадаптационном периоде после космических полётов

Описание эксперимента:

В настоящий момент общепринятой является концепция о перераспределении жидких сред организма в краниальном направлении, как "пусковом моменте "гемодинамических сдвигов, возникающих в организме человека при переходе из условий нормальной гравитации в невесомость. Вслед за гемодинамическими сдвигами изменяется активность основных волюморегулирующих гормонов, причем активность ре нинангиотензин -альдостероновой системы (РААС), равно как и образование антидиуретического гормона (АДГ) и катехоламинов снижается, а продукция атриального натрийуретического фактора (АНФ), наоборот, стимулируется. Эта гормональная перестройка направлена на адаптацию организма путем сброса "лишней" жидкости и электролитов, перемещения части жидкости из сосудистого русла в интерстициальное пространство в первые часы пребывания в условиях невесомости. В исследованиях, проведенных нами в условиях космического полета, установлено, что более продолжительная потеря осмотически активных веществ влечет за собой гормональные сдвиги в РААС и изменение активности АДГ и АНФ противопо ложного направления). Предполагается ,что изменения, наблюдающиеся в системе низкого давления , являются важным звеном в адаптации центральной и церебральной гемодинамики в длительных полетах. Вместе с тем , в настоящее время имеются сведения о снижении центрального венозного давления при переходе в состояние невесомости и об уменьшении диуреза и натрийуреза у космонавтов в ходе кратковременных полетов.

В исследованиях, проведенных нами в условиях космического полета, установлено , что более продолжительная потеря осмотически активных веществ влечет за собой гормональные сдвиги в РААС и изменение активности АДГ и АНФ противоположного направления. Предполагается, что изменения, наблюдающиеся в системе низкого давления, являются важным звеном в адаптации центральной и церебральной гемодинамики в длительных полетах. Вместе с тем , в настоящее время имеются сведения о снижении центрального венозного даления при переходе в состояние невесомости и об уменьшении диуреза и натрийуреза у космонавтов в ходе кратковременных полетов.

Хорошо известно , что на состояние гормональных систем, регулирующих водно солевой обмен влияет количество жидкости и электролитов , потребляемых космонав том в течение суток. Поэтому для более точной трактовки вышеописанных изменений необходимо учитывать баланс жидкости и солей в рационе космонавта. В на стоящее время имеется большое количество наблюдений , свидетельствующих о том , что экскреция натрия контролируется не только атриальным натрийуретическим фактором, но в большей степени натрийуретическим фактором почечного генеза - уродилятином. Была показана высокая корреляционная зависимость между выве дением уродилятина почками и величиной натрийуреза во время кратковременного космического полета. Однако исследований гормональной регуляции волемии, вы полненных на фоне водно -солевых нагрузок, а также исследований баланса жидкости и основных электролитов у космонавтов в длительных полетах проведено недостаточно.

Кроме того, хорошо известна роль водно -солевого гомеостаза в процессах об щей адаптации организма человека к новым условиям жизнедеятельности и к услови ям невесомости , в частности. Изучение динамики перестройки водно -солевого обмена в условиях космического полета и раннем послеполетном периоде имеет большое практическое значение , поскольку изменения водно -электролитного баланса играют важную роль в развитии послеполетной ортостатической неустойчивости и дру гих неблагоприятных изменений сердечно -сосудистой системы (6). Исследования водно -солевого обмена и гормональной регуляции волемии вы полняются до, во время и после полета. Эксперимент в полете выполняется в те же сроки , что и эксперимент БИОТЕСТ . Кроме того, в ходе эксперимента будет использована плазма крови , полученная при проведении эксперимента БИОТЕСТ . Для регист рации и учета потребляемой жидкости и пищи будут использоаны специальные анкеты , а также штрих-коды (при наличии таковых). Для сбора мочи будут использованы моче приемники, ранее применявшиеся в ходе полетов по программам ЕвроМИР и МИР’97. Для изучения экскреторной функции почек будет использован пероральный тест с вод но -солевой нагрузкой , аналогично тому который используется в штатном режиме перед возвращением космонавтов на Землю. Методика исследований соответствует приме нявшейся в исследованиях по российско-французским проектам АРАГАЦ, АНТАРЕС и АЛЬТАИР.Однако, имеются некоторые существенные отличия от применявшихся ранее методик. Во -первых, проведение исследований с учетом баланса жидкости и солей в ра ционе космонавтов , как факторов , оказывающих существенное влияние на регуляцию водно -солевого гомеостаза. Для этого на все потребляемые в период проведения исследований продукты заранее наносятся соответствующие штрих-коды. Во-вторых, проведение оперативного анализа образцов на борту орбитальной станции (определение креатинина, мочевины и др.) позволит расширить круг опреде ляемых на Земле показателей. Проведение подобных исследований в более ранние сроки космического полета позволит оценить механизмы ранней адаптации водно -электролитного обмена к условиям невесомости.

Задачами эксперимента являются изучение:

- состояния водно - солевого обмена и гормональной регуляции волемии на разных этапах космического полета и в раннем реадаптационном периоде ;

- зависимости между экскреторной деятельностью почек и ее гормональной регуляцией на фоне водно - солевых нагрузок при адаптации к невесомости и в послеполет ном периоде;

- баланса жидкости и основных электролитов в условиях микрогравитации.

Объектами исследования являлись данные по учету приема пищи и жидкости в течение суток, пробы суточной мочи и венозной крови космонавтов, полученные до, после и в период завершения космического полета (КП) на Российском сегменте МКС в ходе проведения 3-12 основных экспедиций.

Новизна эксперимента:

Ожидается получение новых данных о состоянии водно-солевого обмена и гормональной регуляции волемии в условиях невесомости и в реадаптационном периоде после космических полетов.

Научная аппаратура:

При проведении эксперимента должна использоваться следующая аппаратура:

- комплекс Плазма-03, предназначенный для обработки, замораживания и воз врата проб биоматериала на Землю (подлежит разработке и доставке на станцию),

- комплект ГЕМАТОКРИТ, предназначенный для определения гематокрита в периферической крови,

- комплекс РЕФЛОТРОН -4, предназначенный для определения гемоглобина, креатинина и мочевины ,

- укладка М -ПРИЕМНИКИ , предназначенная для сбора урины (резервуары для мочи с переходниками для шприца (ФРГ ), шприцы для отбора проб мочи (ФРГ ), зажимы ) 180х120х50 мм, 0.50 кг

Ожидаемые результаты:

В настоящем исследовании впервые будут получены данные, позволяющие в комплексе оценить состояние системы крови в условиях космического полета. При этом особое внимание будет уделено исследованию непосредственно эритроцитов, структурно-функиональных свойств их мембран - по показателям внутриклеточного обмена, липидной композиции мембраны, интенсивности процессов перекисного окисления липидов и активности антиоксидантной системы.

Анализ полученных результатов позволит выявить механизмы адаптации системы крови к факторам космического полета, расширить комплекс диагностических и прогностических критериев оценки состояния человека при экстремальных воздействиях.

Полученные данные могут быть использованы при мониторинге состояния системы крови у космонавтов, выполняющих космические полеты, у лиц, находящихся в экстремальных состояниях, а также использованы для разработки профилактических и фармакологических средств корригирующих нарушения в системе крови в этих условиях.

Исследования позволят перевести изучение анализа морфологической картины крови в штатное средство медконтроля.

Полученные результаты:

Эксперимент «Диурез» являлся логическим продолжением исследований, проводившихся во время 237-суточного полета российских космонавтов (1984), российско-французских полетов по проектам АРАГАЦ (1988), АНТАРЕС (1992) и АЛЬТАИР (1993), а также по проектам ЕвроМИР-94 и МИР-97 по изучению механизмов адаптации гемодинамики и ее гормональной регуляции в условиях микрогравитации для выяснения сущности возникающих изменений.

Анализ первичных данных показал, что полученные параметры в целом соответствуют пределам физиологической нормы и среднепопуляционным нормам колебаний, а многомерный анализ вида распределения основных количественных характеристик выборки показал их близкое соответствие нормальному закону распределения.

Большинство исследованных параметров во время полета практически не отличалось от исходных данных.

Во время полета достоверно уменьшался объем утреннего потребления жидкости при тенденции к снижению суточного водопотребления и концентрации альдостерона в крови, что могло быть обусловлено особенностями режима труда и отдыха (корреляция показателей в табл. 6), изменением состава жидкостных сред и объема циркулирующей крови.

При этом в условиях микрогравитации достоверно повышалась концентрация калия в крови, вероятно обусловленная гипотрофией антигравитационной мускулатуры, что подтверждается значимой отрицательной корреляцией этого показателя с ИМТ.

Данные корреляционного анализа свидетельствуют, что имеется тесная взаимосвязь возраста и ИМТ с другими исследуемыми показателями. Эти результаты необходимо учитывать при оценке пищевого статуса и состояния физиологической активности членов экипажей. Концентрация кортизола и альдостерона в крови, экскреция с мочой ВМК в условиях микрогравитации практически не отличались от фоновых значений, что позволяет заключить об отсутствии активации симпатоадреналовой системы и сохранении ее функциональных связей на завершающем этапе длительного космического полета.

В условиях микрогравитации и после окончания полетов наблюдалось снижение концентрации в крови пролактина, что косвенным образом указывало на повышение дофаминергической активности ЦНС, поскольку регуляция секреции этого гормона пролактотрофами гипофиза существенным образом зависит от активности преимущественно дофаминергических нейронов туберинфундибулярной области головного мозга.

Прямым подтверждением повышения дофаминергической активности организма является повышение экскреции ГВК с мочой в полете (табл.3), при этом соотношение ВМК/ГМК не менялось.

Повышение дофаминергической активности ЦНС может приводить к повышению сопротивления периферических сосудов, систолического артериального давления и увеличению сердечного выброса, а также вызывать симптомы психомоторного возбуждения и неуравновешенности членов экипажей на заключительной стадии полета, что необходимо учитывать при планировании уровня физической и психической активности членов экипажей.

Полученный эффект и сравнение его с ожидаемым эффектом (научным, экономическим, техническим и т. п.)

Результаты проведенного КЭ позволяют сделать следующие выводы:

На завершающем этапе длительного космического полета не отмечается повышение активности симпатоадреналовой системы.

Функциональные связи между показателями водно-солевого обмена и его регуляции на завершающем этапе длительного космического полета сохраняются.

Потребление жидкости на различных этапах космического полета соответствует динамике изменения жидкостных сред организма человека в условиях микрогравитации.

При оценке пищевого статуса по изменению массы тела и динамике ИМТ в условиях космического полета необходимо учитывать потребление жидкости и ее распределение в организме.

Динамика показателей водно-солевого обмена и его регуляции взаимосвязана с антропометрическими характеристиками человека в условиях как нормальной, так и сниженной гравитации.

В условиях микрогравитации и после полета отмечается повышение дофаминергической активности организма, что необходимо учитывать при оценке психофизиологического статуса и планировании труда и отдыха.

Использование М-приемников не представляет практической опасности с позиций возможности загрязнения РС МКС вредными соединениями.

В ряде случаев на Землю были доставлены пробы в размороженном состоянии, что не позволило определить термолабильные показатели, такие, как, например, активность ренина плазмы, концентрацию вазопрессина, кортикотропина и др. Кроме того, анализ полученных проб мочи показал, что в большинстве случаев на борту был осуществлен неполный сбор суточной мочи (средний диурез 325 мл на М-приемник), что не позволило выполнить ряд планируемых исследований по оценке функции почек в полете, баланса электролитов, изменений чувствительности тканей к биологически активным веществам, а также не дало возможность провести сравнение пред- и послеполетных показателей с полетными.

Предложения по направлению дальнейших исследований и их обоснование

По результатам КЭ «Диурез» и «Спрут» планируется проведение КЭ для комплексного исследования особенностей обмена веществ, его регуляции, состояния психофизиологического статуса и влияния параметров окружающей среды на организм человека в условиях длительных орбитальных полетов на МКС с целью совершенствования системы медицинского контроля и профилактики нарушений обмена веществ и неблагоприятных воздействий факторов космического полета. Наименование эксперимента - «Мониторинг обмена веществ и его регуляции, динамики защитных систем организма и экологических факторов во время космических полетов на МКС», шифр «МОРЗЭ». В планируемом КЭ представляется целесообразным проводить не суточный сбор мочи, а сбор мочи после ночного отдыха со строгой регистрацией времени сбора.

Полученные в результате проведения КЭ «Диурез» данные позволяют решить ряд практических вопросов в системе медицинского обеспечения длительных космических полетов, в частности для совершенствования организации режима труда и отдыха, медицинского контроля, подготовки и послеполетной реабилитации членов экипажей.

Сроки проведения: Всего было проведено 10 сеансов КЭ с участием 10 космонавтов Экспериментальные данные получены в период экспедиций МКС-3-МКС-12 в 2003 г.- 2006 годах.
Состояние эксперимента: Завершен
Организация постановщик: ГНЦ РФ-ИМБП РАН
Организации участники: ГНЦ РФ-ИМБП РАН
Научный руководитель: Ларина И.М., ИМБП РАН, зав. лаб., д.м.н.
Публикации по эксперименту:

1. Газенко О .Г., Григорьев А.И .. Наточин Ю .В. Водно -солевой гомеостаз и космический полет . Проблемы космической биологии , т . 54, М . Наука , 1986. 240 с .

2. Григорьев А.И ., Дорохова Б.Р., Носков В.Б., Моруков Б.В.. Физиологические проблемы невесомости / Под ред . О .Г.Газенко , И .И . Касьяна . М ., 1990, с . 123-135.

3. Drummer C, Heer M, Dressendorfer RA, Strasburger CJ, Gerzer R. Reduced natriuresis during weightlessness. Clin. Invest. 1993; 71: 678-686

4. Gerzer R, Drummer C. Hormonal control of body fluid metabolism. Acta Astronautica. 1992; 27: 1209-114 5. Gharib C, Grigoriev AI, Guell A, Gauquelin G, Geelen G, Noskov V, Poliakov V et al. Redistribution des liquides de l’organism au cours des vols spatiaux Arch. Int. Physiol. Bioch. 1990; 98, fasc.

5. Grigoriev AI, Egorov AD. General mechanisms of the effect of weightlessness on the human body. Advances in Space Biology and Medicine. 1992; 2: 1-42

6. Grigoriev AI, Morukov BV, Vorobiev DV. Water and electrolyte studies during long-term missions onboard the space stations Salyut and Mir. Clin. Investig. 1994; 72: 169-189.

7. Grigoriev AI, Popova IA, Ushacov AS. Metabolic and hormonal status of crew members in short-term spaceflights. Aviat. Space Environ. Med. 1987; 58, 9Pt2 (Section II): 125-129.

8. Leach CS, Altchuler SI, Cintron-Trevino NM. The endocrine and metabolic responses to space flights. Med. Sci. Sports Exerc. 1983;15: 432-440.

9.Vorobiev D., Maillet A., Grigoriev A., Gharib C., Gauquellin G. et al. Blood volume regulating hormones, fluid and electolyte modofications during 21 and 198-day space flights (Altair-MIR 1993). Acta Astronautica. 1995; 36, 8/12, 733-742

10. Ничипорук И. А., Ларина И.М., Моруков Б.В. Научные эксперименты « Диурез» и «Биотест» в ходе полетов на МКС. Раздел в монографию (в печати).

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения