Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Дыхание
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Исследование регуляции и биомеханики дыхания в условиях КП
Цель эксперимента:

Изучение особенностей физиологических механизмов влияния длительной микрогравитации на регуляцию и биомеханику дыхания для совершенствования системы медицинского контроля состояния здоровья космонавтов.

Описание эксперимента:

Одним из основных факторов снижения общей работоспособности организма космонавта в условиях длительного космического полета, как следствие гиподинамии и отсутствия гравитационной нагрузки, является детренированность скелетных мышц. Дыхательным мышцам, в отличие от обычных условий, не приходится постоянно преодолевать вес грудной клетки, органов грудной и брюшной полостей, что может также привести к их детренированности. С другой стороны, состояние невесомости сопровождается изменением конфигурации и эластического напряжения грудной клетки, смещением оптимального соотношения длины и пространственной ориентации дыхательных мышц, биомеханики сокращений, а также увеличением эластического сопротивления дыханию вследствие увеличения гидратации и кровенаполнения легких со снижением их растяжимости, что создает повышенную нагрузку на дыхательные мышцы и может способствовать их утомлению.

Снижению функционального состояния моторики дыхательного аппарата в условиях невесомости могут способствовать и нарушения автономных механизмов регуляции дыхания, связанные со снижением интенсивности стимулов от проприоцепторов скелетных мышц (вследствие атрофических изменений в них), с изменением вентиляционной чувствительности к хеморецепторным стимулам (вследствие адаптации хеморецепторов к возможным нарушениям состава атмосферы корабля).

Таким образом, исследование функционального состояния моторного аппарата системы дыхания и особенностей регуляции дыхания (включая произвольное управление) в условиях длительного космического полета актуально как для теории космической физиологии и медицины, так и для практики, поскольку результаты таких исследований, могут послужить основой для разработки и обоснования специальных методов профилактики детренированности и реабилитации дыхательных мышц.

Задачи исследования:

• оценка объёмно-скоростных параметров внешнего дыхания в условиях длительного космического полёта (КП);

• изучение динамики соотношений торакальных и абдоминальных функциональных дыхательных резервов и степени их реализации при спонтанном дыхании;

• оценка функционального состояния моторики системы дыхания по динамике торакальной и абдоминальной составляющих скорости форсированного вдоха и выдоха;

• исследование координации спонтанных дыхательных движений по динамике соотношения торакальных и абдоминальных составляющих объемных, временных и скоростных параметров спонтанного дыхательного цикла;

• изучение особенностей произвольного управления дыхательными движениями по динамике временных и точностных характеристик;

• изучение особенностей произвольного управления торакальными и абдоминальными дыхательными движениями по динамике соотношений торакальных и абдоминальных вкладов в дыхательный объем при заданном торакальном, либо абдоминальном дыхании, а также по динамике временных и точностных характеристик.

В ходе экспедиций МКС-15–22/23 научный эксперимент «Дыхание» был выполнен с участием 9 российских космонавтов (за этот период один из космонавтов принимал участие в КП дважды, таким образом, количество проведённых экспериментов в космосе составило 10). Всего проведено 85 регистраций параметров внешнего дыхания (в том числе во время КП — 38), с участием 9 космонавтов, один из которых принимал участие в КП два раза за период проведения эксперимента.

У каждого космонавта было выполнено от 8 до 10 исследований:

- в предполётном периоде – 2–4 раза (в период 132–23 суток до начала КП).

- во время воздействия невесомости: на 30¬–34, 70–102, 121–132 и 149–180 сутки КП

- после окончания КП – 2 исследования: на 2–3 и 13–14 сутки периода последействия.

Запланированный объём исследований выполнен полностью.

До начала полёта космонавты полностью освоили методику проведения эксперимента «Дыхание» и работали на борту МКС самостоятельно, как и было предусмотрено Программой исследований. После окончания КП состояние и самочувствие космонавтов также почти во всех случаях позволили провести им все исследования самостоятельно.

После проведения каждого исследования результаты автоматически записывались в специальный файл (при сохранении на карте-памяти) и передавались на Землю по радиоканалам, либо на карте-памяти передавались после посадки. Автоматическая обработка данных осуществлялась с использованием специальной программы «Дыхание-1. Обработка» и, как уже было сказано ранее, специально разработанной для раскрытия и расшифровки файлов, нераскрываемых программой «Дыхание-1. Обработка», программы «Конвертер - Дыхание-1». При обработке все значения лёгочных объёмов и параметров вентиляции приводили к стандартным условиям BTPS (температура 37°С и давление 760 мм рт.ст.) для последующего сравнительного анализа.

Для определения возможных различий исследуемых параметров при статистической обработке полученных результатов мы использовали непараметрический критерий Фридмана. Критический уровень значимости определили как 0,05.

Новизна эксперимента:

В отличие от традиционных направлений исследований респираторной системы в космической медицине эксперимент "Дыхание" предполагает изучение особенностей таких физиологических процессов, как регуляция и биомеханика дыхания, что позволяет понять базовые механизмы гравитационной зависимости легочного дыхания и газообмена.

Научная аппаратура:

В данном эксперименте в качестве научной аппаратуры использовали:

- комплект «ДЫХАНИЕ-1» включающий блок комбинированный формирования сигналов (БКФС), пояса ПГ-Т (торакальный) и ПГ-А (абдоминальный), калибратор (на 1 л) и патрубок (рис. 1).

- индивидуальный комплект принадлежностей «ДЫХАНИЕ-1» для каждого из космонавтов (сетка, создающая сопротивление дыханию, мундштук и носовой зажим).

- компьютер медицинского обеспечения РС МКС – RSE-Med.

- укладка «ДЫХАНИЕ-1. ДАННЫЕ» с PCMCIA-картой, содержащей результаты исследований и возвращаемой на Землю после окончания полёта.

Комплект «ДЫХАНИЕ-1», обеспечивал проведение следующих тестов:

• Спонтанное дыхание.

• Жизненная ёмкость лёгких.

• Манёвры форсированного вдоха и выдоха.

• Произвольное дыхание.

• Спирокинография (произвольное управление дыхательными движениями).

• Длительность задержки дыхания.

Регистрируемые параметры:

- пневмотахограмма (ПТГ);

- пневмограмма торакальная (ПГТ);

- пневмограмма абдоминальная (ПГА);

- жизненная ёмкость лёгких;

- время произвольной задержки дыхания;

- спирокинография;

- спонтанное дыхание;

- манёвры форсированного вдоха и выдоха;

- произвольное дыхание.

Ожидаемые результаты:

Провести эксперимент в полном запланированном объёме исследований в соответствии с требованиями технического задания на космический эксперимент.

Исследование функционального состояния моторного аппарата системы дыхания и особенностей регуляции (включая произвольное управление) этой функции в условиях длительного космического полета актуально как для теории космической физиологии и медицины, так и для практики, поскольку результаты таких исследований послужат основой для разработки и обоснования специальных методов профилактики детренированности и реабилитации дыхательных мышц.

Полученные результаты:

Запланированный объём исследований выполнен полностью.

Эксперимент проводился в полном соответствии с требованиями технического задания на космический эксперимент «Дыхание».

В результате проведения эксперимента «Дыхание» на борту МКС не было выявлено значительных изменений объёмно-скоростных параметров внешнего дыхания у обследованных космонавтов. Увеличение длительности задержки дыхания, снижение вариабельности временных параметров паттерна дыхания, сдвиги в произвольном управлении дыхательными движениями, вероятно, обусловлены изменениями в системе регуляции дыхания, что требует проведения дальнейших углублённых исследований в этом направлении.

В результате выполненного эксперимента получены как ожидаемые и прогнозируемые результаты, так и новые данные. Отработан контроль состояния системы дыхания в длительных космических полетах, выявлены недостатки в работе комплекса «Дыхание-1», что позволило выработать пути его усовершенствования для применения в следующем КЭ «УДОД», и, главное, получены новые фундаментальные научные данные о влиянии микрогравитации на биомеханику и регуляцию системы дыхания.

Полученные в ходе КЭ «Дыхания» сведения обеспечили дополнительный медицинский контроль за функциональным состоянием респираторной системы космонавтов в ходе длительных космических полетов и способствовали получению фундаментальных научных данных о роли гравитации в биомеханике и регуляции системы дыхания. Кроме того, недостатки, выявленные в работе комплекса «Дыхание-1», были учтены при его усовершенствований для последующего применения в КЭ «УДОД».

Сроки проведения: Экспериментальные данные получены в период с апреля 2007 г. по июнь 2010 г. (период полётов МКС-15–МКС-22/23).
Состояние эксперимента: Завершен
Организация постановщик: ГНЦ РФ-ИМБП РАН
Организации участники: ФГУП ЦНИИмаш; СКТБ «Биофозприбор»; Государственный Университет г.Тверь, кафедра физиологии; РКК "Энергия" им. СП. Королёва; РГНИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина.
Научный руководитель: Баранов В.М., ИМБП РАН, д.м.н., профессор, академик
Публикации по эксперименту:

Baranov V.M., Suvorov A.V., Dyachenko A.I., Popova J.A., Minyaeva A.V., Kolesnikov V.I. Respiration and respiratory control in long-term spaceflight / Proc. of 17th IAA «Human in Space» Symposium. Moscow, Russia, June 7–11, 2009. P. 129–130.

Попова Ю.А., Баранов В.М., Суворов А.В., Дьяченко А.И., Колесников В.И., Миняев В.И., Миняева А.В. Особенности внешнего дыхания и его регуляции в условиях длительного космического полёта. Сб. материалов XXI Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова, Калуга, 19–25 сентября 2010, C. 497.

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 / Космическая биология и медицина «Международная космическая станция, Российский сегмент». В 2 т. — Москва–Воронеж: ООО «Научная книга», 2011. Т. 2, С. 72–92.

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения