Научно-техническое обоснование

Научно-техническое обоснование

космического эксперимента «Кардиомед-ОДНТ»

Сущность исследуемой проблемы.

Снижение ортостатической устойчивости (ОУ) после космических полетов (КП) любой длительности является одной из проблем, нерешенных до настоящего времени. Расстройства ОУ в послеполетном периоде наблюдаются у всех космонавтов, несмотря на применение во время полета традиционного комплекса мер профилактики. Следует признать, что если связь снижения ОУ после полета с предшествующим пребыванием в невесомости очевидна для всех исследователей, то патофизиологические механизмы ее развития до сих пор до конца не ясны.

Изучению и анализу причин и механизмов развития расстройств послеполетной ОУ посвящено значительное количество работ российских и зарубежных исследователей. (, 1984; и , 1988; , 2001; Blomqvist C. G. et al, 1994; Buckey J. C. et al 1996; Convertino V. A., 2000 и др.).

Часть исследователей полагает, что главной причиной снижения ОУ после КП являются изменения вен нижних конечностей ( с соавт, 1975; Grandpierre R. et al, 1971; Tyberg J. V. & Hamilton V. R., 1996)

Вместе с тем с соавт (1984), не отвергая роли емкостных сосудов в снижении ОУ, полагали, что главная причина ортостатических расстройств заключается в изменениях резистивных сосудов, т. е. артерий. Аналогичные соображения высказывали также Arbeille Ph. с соавт., (1995).

Известно, что способность человека находиться в вертикальном положении на Земле обеспечивается со стороны сердечно-сосудистой системы «антигравитационным» распределением тонуса артериальных сосудов, т. е. низким сопротивлением артерий верхней половины тела и высоким сопротивлением артерий, расположенных в нижней половине тела. На Земле высокий тонус (резистентность) артерий ног поддерживается за счет их постоянной естественной «тренировки» при нахождении человека в вертикальном положении.

Однако в условиях невесомости этот стимул отсутствует и «антигравитационное» распределение тонуса артерий постепенно утрачивается, как невостребованное ( с соавт., 2002; A. I.Grigoriev et al, 2011, и , 2013). Иными словами, в невесомости ухудшается способность артерий нижней половины тела отвечать повышением сопротивления на перемещение в них крови, и это может способствовать снижению ортостатической устойчивости.

Проба с воздействием ОДНТ вызывает перемещение некоторой части крови в нижнюю половину тела человека, частично имитируя ортостатическое перераспределение крови при вертикальном положении тела. В условиях невесомости оценить ортостатическую устойчивость человека можно только с помощью этой пробы. Традиционно, реакция гемодинамики на это воздействие оценивается по изменениям АД и ЧСС. Как правило, снижение ОУ выявляется по таким интегральным показателям, как ЧСС и АД в тех случаях, когда эти нарушения достаточно далеко зашли и стали явными. Ранние признаки ухудшения ортостатической устойчивости в большинстве случаев не выявляются. Между тем, чрезвычайно важно определить снижение ОУ на ранних стадиях ее развития, когда эти изменения легче корректировать. Именно использование ультразвуковых методов исследования регионального кровотока в процессе воздействия ОДНТ позволяет это сделать.

Исследования реакции кровотока средней мозговой артерии, аорты и бедренной артерии во время воздействия ОДНТ допплеровским методом, выполненные у 11 космонавтов на ОС МИР в разные сроки КП, позволили выявить ранние изменения реакции артериальной гемодинамики на воздействие ОДНТ ( с соавт, 2002). Сущность выявленных изменений состояла в появлении признаков ухудшении способности бедренных артерий космонавтов отвечать повышением резистентности на перемещение крови при ОДНТ. Изменения реакции артерий нижних конечностей на ОДНТ прогрессировали по мере увеличения длительности пребывания в невесомости. При этом страдала эффективность перераспределения кровотока между бедренными и мозговыми артериями и увеличивался дефицит мозгового кровотока при перераспределении крови в нижнюю половину тела под воздействием ОДНТ. В ряде случаев субъективная оценка космонавтов, а также реакция ЧСС и АД во время исследования с ОДНТ во время КП незначительно отличались от предполетных данных, а ультразвуковые исследования кровотока показывали существенные изменения реакции артериальной гемодинамики. Это дает основание утверждать, что ультразвуковые исследования артериального кровотока в ходе воздействия ОДНТ, позволяют выявить расстройства ортостатической устойчивости на более ранних стадиях ее развития, чем исследования традиционными методами ( с соавт., 2002). Однако эти данные были получены на ОС МИР у небольшого числа обследуемых (11человек), что не дает полной уверенности в определении критериев оценки выявленных изменений и установления их прогностической значимости.

Важность исследуемой проблемы, необходимость объективной оценки и индивидуального прогнозирования изменений ортостатической устойчивости для каждого космонавта во время полета, а главное, после его завершения, позволяют считать обоснованным продолжение исследований реакции артериальной гемодинамики на ОДНТ в космических полетах у большего количества космонавтов (не менее 16 человек).

Таким образом, цель предлагаемого эксперимента – определить возможность индивидуального прогнозирования снижения ортостатической устойчивости космонавтов в ходе длительных космических полетов и после их завершения по данным исследования артериальной гемодинамики при воздействии ОДНТ

Задачи эксперимента:

Определить объективные критерии оценки изменений гемодинамических реакций космонавтов на воздействие ОДНТ применительно к прогнозу ортостатической устойчивости. Выявить наиболее характерные изменения реакции артериальной гемодинамики космонавтов на ОДНТ при длительном пребывании в невесомости Установить роль изменений артериальной части сосудистого русла в патофизиологическом механизме снижения ортостатической устойчивости космонавтов под влиянием невесомости

2. Возможность проведения КЭ КАРДИОМЕД-ОДНТ

Для проведения КЭ на Земле до полета предлагается использовать комплекс медицинской аппаратуры КАРДИОМЕД, находящийся в ФГБУ ЦПК им. (тренажерная модель комплекса), а во время полета – летную модель комплекса КАРДИОМЕД, находящуюся на борту РС МКС.

Для реализации эксперимента не требуется выполнения каких-либо доработок материальной части комплекса КАРДИОМЕД. Требуется дополнительная доставка модифицированного кабеля КДМ № 61 (комплект ДОППЛЕР); модифицированного датчика DOP-TR с креплением (комплект ДОППЛЕР); жесткого диска с новой версией ПМО (комплект КАРДИОМЕД-ПМО). Требуется внесение изменений в бортовую документацию

3. Описание эксперимента

Эксперимент выполняется российскими космонавтами – членами экипажей МКС. В случае необходимости возможно участие астронавтов стран – партнеров по МКС.

Планируется выполнение однотипных серий эксперимента до полета – за -60 и -30 суток до старта (ориентировочно), во время полета - 3 обследования за полугодовой полет, первое – в конце второго месяца КП, далее два исследования с интервалом 45 суток. Допустимые отклонения при планировании ±10 суток. Последнее исследование во время КП выполняется перед началом или в период проведения ОДНТ-тренировок. После завершения полета обследование выполняется на 7-9 сутки после посадки.

Исследование предусматривает выполнение космонавтами функциональной пробы с воздействием ОДНТ. Реакция гемодинамики на воздействие ОДНТ оценивается с помощью непрерывной регистрации до, во время и после воздействия следующих параметров:

Регистрируемые параметры	Аппаратура
ЭКГ, 1 отведение (возможна регистрация во время воздействия ОДНТ до 12 отведений ЭКГ)	КАРДИОПРЕС (составная часть комплекса КАРДИОМЕД)
ЧСС в графическом и цифровом виде
Систолическое, диастолическое и пульсовое АД в сосудах пальца при каждом сердечном сокращении по Пеньязу (фотоплетизмография сосудов пальца), в графическом и цифровом виде
Систолическое, диастолическое и пульсовое АД на плечевой артерии по Короткову (в цифровом виде)	ХОЛТЕР-АД (составная часть комплекса КАРДИОМЕД)
Скорость кровотока средней мозговой артерии (в графическом виде)	ДОППЛЕР (составная часть комплекса КАРДИОМЕД)
Скорость кровотока аорты (в графическом виде)
Скорость кровотока бедренной артерии (в графическом виде)
Давление в ПВК «Чибис» в графическом и цифровом виде	Датчик давления в ПВК «Чибис» (входит в состав комплекса КАРДИОМЕД )

Данные, получаемые с помощью комплекса КАРДИОМЕД, передаются в реальном времени по телеметрии на Землю.

Кроме того, все данные синхронизируются бортовым программным обеспечением КАРДИОМЕД  и записываются на внешний жесткий диск КАРДИОМЕД в виде пакета файлов, который также может быть передан на Землю в отложенном времени (при необходимости).

В выполнении исследования во время КП участвуют 2 космонавта, обследуемый и помогающий.

При подготовке к исследованию во время КП в обязанности космонавтов входит сборка рабочей конфигурации аппаратуры, подключение кабелей и датчиков, установка датчиков на тело обследуемого космонавта и проверка качества регистрируемой информации. Подготовка к эксперименту и регистрация параметров до начала воздействия ОДНТ может выполняться космонавтами самостоятельно, вне зоны телеметрической связи с ЦУП-М.

Для исследования воздействия ОДНТ на гемодинамику человека используется стандартный профиль пробы с ОДНТ:

-25 мм рт. ст. – 1 мин

-35 мм рт. ст. – 2 мин

-40 мм рт. ст. – 3 мин

-50 мм рт. ст. – 3 мин

Воздействие ОДНТ выполняется только в зоне телеметрической связи, с передачей всех физиологических и технических параметров по телеметрии на Землю в реальном времени и медицинском контроле состояния обследуемого медицинскими специалистами в ЦУП-М

Заключительные операции – передача данных с комплектов КАРДИОПРЕС и ХОЛТЕР АД на жесткий диск Laptop RSE-MED, отключение аппаратуры, кабелей и датчиков, возвращение всех аксессуаров в укладки, возвращение укладок на место хранения и др. выполняются экипажем самостоятельно.

4. Ожидаемые научные и практические результаты

Ожидаемые результаты КЭ КАРДИОМЕД-ОДНТ позволят:

получить объективные научные данные об изменениях в условиях невесомости реакции артериальной гемодинамики космонавтов на ортостатическое перераспределение крови (ОДНТ), динамике выявленных изменений в течение длительных КП, а также после завершения полета.

Определить возможность индивидуального прогнозирования ОУ в течение полета, а также послеполетной ОУ по данным исследования артериальной гемодинамики при воздействии ОДНТ на завершающем этапе полета

Научный руководитель КЭ, д. м.н., проф.                                        

Ответственный исполнитель КЭ, к. м.н.                                        

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

\\ Итоги и перспективы физиологических исследований в космических полетах. \\  Вестн. АМН, 1984, №4, с.7-12 , , // в кн. «Физиологические проблемы невесомости» / , , ред. – М., 1990, с.15-48. \\ Человек в космосе. Космическая биология, 1984, т.18, №1, с.3-8 ,   Регуляция сердечно-сосудистой системы человека в условиях микрогравитации. // Вестн РАМН, М., Медицина, 2002, № 6, с. 52-58 , \\ Феноменология и механизмы изменения основных функций организма в невесомости. \\ Космическая биол., 1988, т. 22, №6, с. 4-7 Механизмы снижения ортостатической устойчивости в условиях длительных космических полетов. //Авиакосм. и эколог. мед., 2001,т.35,№6, с.3-12. , Сердечно-сосудистая система человека в условиях космического полета \\  в сб. "Космическая медицина и биология" (ред. и ). Воронеж, ООО "Научная книга", 2013, с.306-320 , евесомость.  //в кн. «Основы космической биологии и медицины», М., Наука, т. II, кн. первая, гл.8, с.324-369, 1994 , Ph. Arbeille, и др. //Выявление ранних признаков ортостатической недостаточности человека в невесомости по реакции периферического кровотока на ОДНТ // в кн. «Орбитальная станция МИР», т.2, Глава 8, с.520-529, 2002 , , и др. //Влияние невесомости на центральную и периферическую гемодинамику человека по данным ультразвуковых методов исследования// в кн. «Орбитальная станция МИР»,  т.2, Глава 8, с.529-541,  2002 , ,   Изменения гемодинамических механизмов, обеспечивающих ортостатическую устойчивость человека, в длительных космических полетах. //Авиакосм. и экол. медицина, т.39, № 6,  с.9-16, 2005 , , //Ортостатическая неустойчивость кровообращения: роль детренированности резистивных сосудов// Косм. биол. и авиакосм. мед., 1984, т.18, с.4-11 , , Изучение причин ортостатической неустойчивости. //в кн: Проблемы космической биологии М., Наука, 1975, т.31, с.157. Arbeille Ph. Pavy le Traon A, Fomina G \\ Femoral artery flow response to LBNP, as an indicator of orthostatic tolerance. Application to long term head down tilt, & spaceflight.\\ Aviat, space, env, med. 1995, vol 66; p 131-136. Arbeille Ph., Eder V., Herault S. et al \\ Cardiovascular echographic and Doppler parameters for the assessment of orthostatic intolerance.\\ Eur J Ultrasound, 1998. 7: 53-71. Arbeille Ph., G. Fomina //Cerebral flow deficit (CFD) as a predictor of orthostatic intolerance// в кн: Материалы. XI конф. по косм. биол. и авиакосм. мед., т.2 c.354, 1998 Arbeille Ph., Sigaudo D., Pavy-le-Traon A. et al \\ Femoral to cerebral arterial flow redistribution and femoral vein distension during orthostatic tests after 4 days in HDT or confinement.\\ Eur J Applied Physiol 1998, 78: 210-218. Blomqvist CG, Buckey JC, Gaffney FA, Lane LD, Levine BD, Watenpaugh DE. Mechanisms of post-flight orthostatic intolerance. Journal of Gravitational Physiology 1:P122-P124, 1994. Buckey J. C., Lane L. D., Levine B. D., Watenpaugh D. E., Wright S. J., Moore W. E., Gaffney F. A. & Blomqvist C. G. \\Orthostatic intolerance after spaceflight»\\ J. Appl. Physiol. 81: 7-18, 1996. Convertino V. A. //Mechanisms underlying orthostatic intolerance// Jpn. J. Pathophysiol 9:25-33, 2000. Grandpierre R., Colleu M., Hauttement J. L. et all \\ Interet et movens d’etude de la circulation saquine peripherique an apesanteur \\ Человек в космосе. Труды IV межд. симп. по основ. проблемам жизни человека в косм. пространстве. Ереван,. 1971 г. М., Наука, 1974, с.125-141 Grigoriev A. I., Kotovskaya A. R., Fomina G. A. The human cardiovascular system during space flight. //Acta Astronautica 68 (2011) 1495–1500 Tyberg J. V., Hamilton V. R. //Orthostatic hypotension and the role of changes in venous capacitance// Med. Sci. Sport Exerc. v.28:p. 29-32, 1996.