Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Сонокард
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Комплексное исследование физиологических функций организма бесконтактным методом во время сна в ходе длительного космического полёта
Цель эксперимента:

Апробация новых методов исследования функционального состояния организма во время ночного сна в условиях длительного космического полета и изучение процессов регуляции информационных процессов и восстановления энергометаболических ресурсов организма в невесомости.

Разработка предложений по совершенствованию системы медицинского контроля за космонавтами на основе использования метода бесконтактного съёма физиологической информации в период сна.

Описание эксперимента:

К настоящему времени прошла апробацию принципиально новая система регистрации физиологических параметров, основанная на бесконтактном съёме информации с помощью датчика, закрепленного на спальном мешке космонавта. Благодаря специальному программному обеспечению, из этой информации выделяются данные о сердечном ритме, частоте дыхания, механической работе сердца и двигательной активности человека. Исследование динамики всех этих показателей в ночной период суток, показало, что данный метод хорошо выявляет как индивидуальные особенности адаптации кардио-респираторной системы к длительной невесомости, так и общие тенденции адаптационного процесса. Анализ полученных в ночной период данных позволил впервые исследовать ультрадианные ритмы физиологических функций, отражающие состояние надсегментарных нервных структур, в том числе высших вегетативных центров. Вместе с тем исследования, проводимые в ночной период суток обладают следующими преимуществами:

а) исследования проводятся всегда в стандартных условиях покоя и в течение длительного времени, что обеспечивает высокую достоверность получаемых данных;

б) ночной сон представляет собой естественную функциональную пробу, при которой смена стадий и фаз сна изменяет вегетативную регуляцию функций, в том числе и состояние кардиореспираторной системы;

в) сон является восстановительным процессом, в ходе которого происходит восстановление растраченных в течение дня функциональных резервов организма; это позволяет использовать физиологические данные, зарегистрированные во время сна, для суждения о функциональных резервах;

г) изучение стадий и фаз сна позволяет определять качество сна, что важно для оценки психоэмоционального статуса и степени адаптации организма космонавта к условиям длительного космического полета.

Учитывая все вышеизложенное, можно полагать, что на основе данных бесконтактной регистрации показателей кардиореспираторной системы в ночной период суток могут быть разработаны эффективные критерии для оценки и прогнозирования адаптационных возможностей организма в длительном космическом полете. Это имеет не только научное, но и практическое значение для дальнейшего развития системы оперативного медицинского контроля за состоянием здоровья космонавтов, поскольку адаптация к условиям длительного космического полета носит индивидуальный характер и во многом зависит от функциональных резервов организма Полученные к настоящему времени данные бесконтактной баллистокардиографии в длительных космических полетах недостаточны для создания научно обоснованной системы медицинского контроля за функциональным состоянием организма космонавтов, обеспечивающей регулярный (ежесуточный) комфортный съем информации во время сна. Вместе с тем такая система могла бы стать важным элементом обеспечения безопасности пилотируемых полетов, поскольку позволила бы перейти от периодического к непрерывному контролю. Кроме того, как показали проведенные исследования, длительные (в течение всей ночи) записи комплекса физиологических показателей позволяют получить новую, ранее неизвестную научную информацию о состоянии различных уровней управления физиологическими функциями, об их согласованности и связи со степенью адаптации организма к условиям невесомости. Наконец, не менее важным обстоятельством является то, что предлагаемый к проведению в составе PC МКС эксперимент закрепляет приоритет Российской науки в деле создания принципиально нового подхода к оценке функционального состояния организма в условиях космического полета и открывает путь к разработке принципиально нового типа системы медицинского контроля в космосе. Исследование Функционального состояния организма осуществляется бесконтактным методом с использованием баллистокардиографии.

Баллистокардиография – метод регистрации микроколебаний тела, связанных с выбросом крови из сердца в крупные сосуды.

На основе полученных данных могут быть разработаны эффективные критерии для оценки и прогнозирования адаптационных возможностей организма в длительном космическом полёте.

Методика проведения эксперимента отличается крайней простотой и не связана с каким-либо дискомфортом для членов экипажа. Регистрация сигналов-колебаний тела космонавта, связанных с сердечными сокращениями, дыханием и двигательной активностью, производится с помощью датчика-акселерометра, закрепленного на спальном мешке. Датчик соединяется специальным кабелем с комплектом "Сонокард", который располагается вблизи спального места. Перед экспериментом необходимо лишь вставить в прибор элементы питания и включить прибор. После пробуждения работа с комплектом "Сонокард" сводится к тому, чтобы присоединить его к бортовому компьютеру, переписать накопленную за всю ночь информацию в память компьютера и ввести в него необходимые комментарии (фамилия космонавта, дата и время начала эксперимента, ответы на 5-6 стандартных вопросов - в виде условных баллов ). Эта операция не будет занимать более 15-20 минут.

Для достижения цели в ходе КЭ предполагается решить задачи:

• совершенствования системы бесконтактного съема физиологической информации в ночной период суток с помощью датчиков, установленных на спальных мешках космонавтов,

• изучения возможности получения максимума физиологической информации при компьютерной обработке получаемых в течение ночи записей,

• систематической регистрации физиологических функций во время сна у членов экипажа МКС,

• изучения возможностей получения оперативных данных о состоянии здоровья членов экипажа при обработке записей во время его сна с помощью бортового компьютера,

• разработки предложений по совершенствованию системы медицинского контроля космонавтов на основе использования метода бесконтактного съема физиологической информации в период сна совместно с бортовыми и наземными вычислительными средствами.

Объем и сроки реализации - эксперимент должен быть проведен с участием не менее 20 российских космонавтов.

Новизна эксперимента:

Аналогов подобному исследованию в практике космической медицины нет. Существуют наземные аналоги бесконтактной баллистокардиографии, но они в принципе непригодны к использованию в условиях невесомости. Предлагаемый метод исследования и реализующий его комплект "Сонокард" вместе с соответствующим программным обеспечением представляют собой принципиально новый шаг в развитии методов и средств медицинского контроля в космосе.

Научная аппаратура:

При проведении эксперимента на борту РС МКС используется следующая аппаратура:

1 Комплект СОНОКАРД, в составе:

1.1 Прибор СОНОКАРД

1.2 Адаптер СОНОКАРД

2 Укладка СОНОКАРД, в составе:

2.1 Футболка СОНОКАРД

2.2 Элемент питания 1,5 В

3 Укладка СОНОКАРД-ДАННЫЕ, в составе:

3.1 Карта памяти СОНОКАРД-ДАННЫЕ

3.2 бортовой компьютер медицинского обеспечения RSE-Med типа IBM ThinkPad A31p.

Комплекс СОНОКАРД обеспечивает измерение, регистрацию в памяти прибора и передачу на бортовой компьютер сигналов микроколебаний тела, связанных с сердечными сокращениями, дыханием и двигательной активностью (сейсмо-баллистокардиограмма), в течение заданного интервала времени, бесконтактную регистрацию физиологических сигналов во время ночного сна.

В корпусе прибора размещены : акселерометрический датчик, усилитель, преобразователь, устройство памяти, источник питания.

Ожидаемые результаты:

При выполнении космического эксперимента будут получены новые научные данные о механизмах адаптации к длительной невесомости. Оценка значимости этих результатов может быть проведена путем равнения с уже имеющейся научной информацией.

Предполагается получение новых научных данных о механизмах адаптации организма к условиям длительной невесомости. Наличие длительных (в течение всей ночи) записей физиологических параметров даст возможность проанализировать биологические ритмы ультрадианного диапазона (от нескольких минут до нескольких часов), которые характеризуют межсистемный уровень управления физиологическими процессами и состояние высших вегетативных центров. Это позволит расширить наши знания о механизмах адаптации организма к условиям длительной невесомости и разработать новые более эффективные критерии для прогнозирования функционального состояния организма космонавта в полёте и в периоде реадаптации.

Реализация предлагаемого эксперимента откроет путь к созданию принципиально нового типа системы медицинского контроля, которая позволит получать информацию, необходимую для оценки функционального состояния экипажа, в ночной период суток, комфортным путём и при минимальных затратах рабочего времени для проведения медицинских исследований. Кроме того, такая система может стать важным элементом обеспечения безопасности пилотируемых полётов, поскольку позволит перейти от периодического к непрерывному контролю.

Полученные результаты:

Главная особенность эксперимента «Сонокард» заключается в бесконтактной регистрации данных. При проведении эксперимента не требуется установки на теле электродов и датчиков. Прибор «Сонокард» - это миниатюрное устройство размером с пачку сигарет, которое кладется перед сном в нагрудный карман футболки космонавта. Внутри прибора расположены: датчик-акселерометр, усилительно-преобразовательное устройство, блок памяти, контроллеры для связи с внешним компьютером и источник питания. После пробуждения космонавт должен присоединить прибор к бортовому компьютеру и считать из памяти прибора записанную в течение ночи информацию. Эти данные затем оперативно передаются на Землю по каналам Интернета, а перед возвращением на Землю перезаписываются на карту памяти для последующего более детального анализа полученных материалов в лабораторных условиях.

Датчик прибора воспринимает микроколебания грудной стенки, связанные с работой сердца. Одновременно воспринимаются и все другие колебания, обусловленные двигательной активностью человека или внешними воздействиями. Поскольку эти посторонние колебания могут иметь амплитуду во много раз превышающую сигналы, связанные с сердечными сокращениями, то получаемые записи, требуют специальной обработки для выделения полезной информации. Создана уникальная программа «Автокорр», которая обеспечивает цифровую фильтрацию сигналов и затем распознавание отдельных комплексов и измерение временных интервалов между ними..

Центральное место при оценке результатов бесконтактной регистрации физиологических сигналов занимает анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР). Для оценки степени восстановления функциональных резервов организма (качества сна) определялись разностные значения показателей ВСР в первый и последний часы сна. Учитывая высокую индивидуальность адаптационных реакций членов экипажа на действие факторов космического полета, результаты исследований представляются отдельно для каждого из космонавтов, и в заключении дается обобщенная оценка полученных данных. Вегетативный баланс в ночной период суток до полета характеризовался ваготонической направленностью. Во время полета средние ночные значения этих показателей показали наличие тенденции к постепенному росту активности парасимпатического звена регуляции. При оценке качества сна в большинстве случаев изменения показателей были неадекватными. Особенно это касается стресс-индекса во второй половине полета (после 76-х суток). Изменения показателя pNN50 имели более адекватный характер, в то время как изменения суммарной мощности спектра ВСР (ТР) были также неадекватными.

Специального внимания заслуживает анализ данных космонавта, который в ходе длительного полета совершил три выхода в открытый космос. Установлено, что каждый последующий выход характеризуется все более высоким напряжением регуляторных механизмов. Это требует соответствующей мобилизации функциональных резервов организма. Космонавт БИ-2 был хорошо подготовленным членом экипажа и обладал достаточными функциональными резервами и эффективными механизмами их регуляции. Наши данные свидетельствуют о том, что контроль функциональных резервов организма в полете, особенно при повторных работах в открытом космосе, может иметь практическое значение для повышения эффективности медицинского контроля за здоровьем космонавтов Прибор «Сонокард» впервые был использован для оценки резервных возможностей организма при внекорабельной деятельности. Показано, что функциональное напряжение, обусловленное снижением функциональных резервов организма, возрастает после ВКД у всех космонавтов, но проявляется в разной степени в зависимости от индивидуальных особенностей организма, сроков пребывания в невесомости, числа выполненных операций ВКД. Практическая значимость проведенных исследований заключается в получении экспериментальных данных для обоснования возможности объективного контроля за функциональным состоянием членов экипажа до и после ВКД с помощью простой и комфортной методики в виде ночных исследований с использованием прибора «Сонокард». Полученные результаты свидетельствуют о том, что контроль функциональных резервов организма в полете, особенно при повторных работах в открытом космосе, может иметь практическое значение для повышения эффективности медицинского контроля за здоровьем космонавтов.

Прежде всего, планируется подготовить предложения по дальнейшему использованию прибора «Сонокард» для оценки резервных возможностей организма космонавтов при выполнении работ в открытом космосе. Это особенно важно в связи с возможным в будущем ростом объема внекорабельной деятельности, что связано с развертыванием новых модулей на МКС. В этом плане полезно было бы привлечь к участию в будущих исследованиях с прибором «Сонокард» наших зарубежных партнеров. Специальное внимание предполагается уделить совершенствованию алгоритмов и программ для автоматического анализа получаемых ночных записей, поскольку в настоящее время в ряде случаев требуется значительный объем «ручной» работы по распознаванию и выделению информативных признаков. Планируется также продолжить работу по внедрению нового метода оценки функционального состояния организма во время сна в практику здравоохранения. Созданный по образцу «Сонокарда» наземный прибор «Кардиосон-3» успешно используется в ряде клиник и в наземных экспериментах и его дальнейшее совершенствование является актуальным.

Сроки проведения: Проводится с МКС-16 по настоящее время.
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: Баевский Р.М., ИМБП РАН, главный научный сотрудник, д.м.н., профессор
Публикации по эксперименту:

И.Н. Слепченкова, Р.М. Баевский. Вегетативная регуляция сердечного ритма во время сна в условиях длительной изоляции. Материалы 6-го Всероссийского симпозиума с международным участием «Медленные колебательные процессы в организме человека», Новокузнецк, 2011, с.59-65.

I. Funtova, R. Baevsky, E. Luchitskaya, I. Slepchenkova, J. Drescher, J. Tank. Day- vs. night time heart rate variability changes in microgravity: experiments “Pneumocard" and “Sonocard". 62nd International Astronautical Congress 2011, ID: 10491

R. Baevsky, I. Funtova, E. Luchitskaya, I. Slepchenkova. A. Chernikova, Y. Osipov, V. Katuntsev. Application of equipment Sonocard for functional reserves evaluation during extravehicular activity/ 62nd International Astronautical Congress 2011, ID: 10605.

R.M. Baevsky, I.I. Funtova, A.G. Chernikova, I.N. Slepchenkova. Research experiment «Sonocard» onboard the International space station. Methodology and opportunities. . ISHNE-2011, Moscow, April, 2011.

Е.С. Лучицкая, И.И. Фунтова, В.П. Катунцев, Р.М. Баевский. Анализ вариабельности сердечного ритма во время сна до и после работы в открытом космосе. 5-ая Всероссийская конференция по анализу вариабельности сердечного ритма. Ижевск, 26-28 октября 2011 г.

И.Н. Слепченкова, Е.С. Лучицкая, И.И. Фунтова, Р.М. Баевский Вариабельность сердечного ритма во время сна в условиях невесомости. Ижевск, 26-28 октября 2011 г.

И.И.Фунтова, Е.С. Лучицкая, И.Н. Слепченкова, Й. Танк, Р.М. Баевский. Сравнительная оценка результатов дневных и ночных исследований вариабельности сердечного ритма на борту международной космической станции. Ижевск, 26-28 октября 2011 г.

Baevsky R., Bogomolov V., Katuntsev V., Luchitskaja E., Slepchenkova I. How do cosmonauts sleep in microgravity? 61-th IAC, Prague, Sept 27 - Oct 1. 2010.

Slepchenkova I., Funtova I. Space Experiment “SONOCARD”: Results and Perspectives. 5-th International Congress of Medicine in Space and Extreme Environments. Berlin, 18.-21.10.2010, Abstracts p.61.

Baevsky R.M., Funtova I.I., Slepchenkova I.N., Chernikova A.G. Research of Heart Rate Variability during Sleep under Weightlessness conditions. Abstract for the French-Russian-Belarussian Conference Oral presentations 10-14 March, 2010. Medical University, Angers, France.

И.Н. Слепченкова, Р.М. Баевский. Вегетативная регуляция сердечного ритма во время сна в условиях длительной изоляции. Материалы 6-го Всероссийского симпозиума с международным участием «Медленные колебательные процессы в организме человека», Новокузнецк, 2011, с.59-65.

I. Funtova, R. Baevsky, E. Luchitskaya, I. Slepchenkova, J. Drescher, J. Tank. Day- vs. night time heart rate variability changes in microgravity: experiments “Pneumocard" and “Sonocard". 62nd International Astronautical Congress 2011, ID: 10491.

R. Baevsky, I. Funtova, E. Luchitskaya, I. Slepchenkova. A. Chernikova, Y. Osipov, V. Katuntsev. Application of equipment Sonocard for functional reserves evaluation during extravehicular activity/ 62nd International Astronautical Congress 2011, ID: 10605.

R.M. Baevsky, I.I. Funtova, A.G. Chernikova, I.N. Slepchenkova. Research experiment «Sonocard» onboard the International space station. Methodology and opportunities. . ISHNE-2011, Moscow, April, 2011.

Е.С. Лучицкая, И.И. Фунтова, В.П. Катунцев, Р.М. Баевский. Анализ вариабельности сердечного ритма во время сна до и после работы в открытом космосе. 5-ая Всероссийская конференция по анализу вариабельности сердечного ритма. Ижевск, 26-28 октября 2011 г.

И.Н. Слепченкова, Е.С. Лучицкая, И.И. Фунтова, Р.М. Баевский Вариабельность сердечного ритма во время сна в условиях невесомости. Ижевск, 26-28 октября 2011 г.

И.И. Фунтова, Е.С. Лучицкая, И.Н. Слепченкова, Й. Танк, Р.М. Баевский. Сравнительная оценка результатов дневных и ночных исследований вариабельности сердечного ритма на борту международной космической станции. Ижевск, 26-28 октября 2011 г.

Последнее обновление: 16.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения