Космическая медицина: прошлое, настоящее, будущее. Интервью лауреата Государственной премии Российской Федерации в области науки и технологий 2014 года академика Анатолия Ивановича Григорьева

ФОРУМ

Космическая медицина: прошлое, настоящее, будущее

Интервью лауреата Государственной премии Российской Федерации в области науки и технологий 2014 года академика Анатолия Ивановича Григорьева

Анатолий Иванович Григорьев — крупный ученый, внесший выдающийся вклад в решение фундаментальных и прикладных задач космической физиологии и медицины. Им создано новое научное направление — гравитационная физиология. Он установил ряд важных закономерностей в функционировании вестибулярной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, водно-солевого и минерального обмена в условиях измененной гравитации. Экспериментальные исследования и теоретические работы А.И. Григорьева нашли широкое применение в решении проблем сохранения здоровья космонавтов во время длительных полетов. Под его руководством обоснована, разработана и реализована система медицинского обеспечения экипажей в полетах продолжительностью до года и более. Исследования А.И. Григорьева, его многочисленные научные труды и активная практическая деятельность по медицинскому обеспечению пилотируемых космических полетов, участие в международном сотрудничестве снискали ему заслуженное признание в стране и за рубежом.

Первые орбитальные космические полеты поставили задачу проведения научных исследований по изучению влияния факторов полета на организм человека, выяснения основных закономерностей адаптации организма человека к условиям пребывания в космическом пространстве, разработки на этой основе научно обоснованной системы медицинского обеспечения здоровья космонавтов и ее внедрения.

Проблема медицинского обеспечения является многоплановой и включает ряд взаимосвязанных направлений. О них в беседе с корреспондентом журнала Acta Naturae рассказал академик Анатолий Иванович Григорьев.

Корреспондент Acta Naturae (AN) - Какие на Ваш взгляд научные исследования направлены на обоснование системы медицинского обеспечения здоровья космонавтов?

А.И. Григорьев - Во все периоды пилотируемой космонавтики формирование и модернизация системы медицинского обеспечения здоровья космонавтов базировались на результатах фундаментальных исследований в области космической физиологии, биологии, биохимии, биофизики и других научных дисциплин, выполненных в наземных модельных экспериментах, а также на биологических спутниках и в косми-

ческих полетах. Это позволило выяснить влияние факторов космического полета на различные функциональные структуры организма, изучить закономерности адаптации организма в ответ на их воздействие, обосновать подходы к разработке системы поддержания здоровья космонавтов в длительных полетах.

В первые годы освоения космического пространства осуществлялись кратковременные пилотируемые полеты на космических кораблях «Восток», «Восход» и «Союз» с относительно «простой» системой медицинского обеспечения и контроля состояния здоровья.

6 | ACTA NATURAE | ТОМ 6 № 2 (21) 2014

На следующем этапе перед пилотируемой космонавтикой была поставлена задача увеличения продолжительности полетов и числа членов экипажа. Это потребовало разработки системы надежного медицинского обеспечения для экспедиций продолжительностью в несколько месяцев. Для решения данной задачи в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) были разработаны экспериментальные наземные модели, имитирующие эффекты невесомости. Ими стали клиностатическая и антиортостатическая гипокинезия (постельный режим) и «сухая» иммерсия (погружение испытуемого в специальную ванну с водой).

С 1966 по 1976 год была проведена большая серия экспериментов по клиностатической гипокинезии продолжительностью от 15 до 120 сут, в которых изучали состояние различных систем организма в этих условиях в сочетании с применением средств профилактики (физические упражнения, использование фармакологических препаратов). В 1980-е годы в ИМБП была проведена серия экспериментов с клиностатиче-ской гипокинезией продолжительностью от 3 до 120 сут по изучению сердечно-сосудистой системы, обмена веществ и особенностей их регуляции. Это позволило разработать и апробировать схему применения водно-солевых добавок в сочетании с воздействием отрицательного давления на нижнюю часть тела (ОДНТ), которая стала неотъемлемой частью системы профилактики на заключительном этапе продолжительных космических полетов (КП).

Корреспондент AN - Какое на Ваш взгляд исследование можно выделить из общей череды разработок прошлых лет?

А.И. Григорьев - В 1988 году был проведен беспрецедентный по продолжительности 370-су-точный эксперимент с антиорто-

статической гипокинезией, в котором была изучена динамика изменений основных систем организма, включая водно-солевой метаболизм и минеральный обмен. В эксперименте была показана возможность использования альтернативных технологий профилактики, позволяющих целенаправленно повышать физиологические возможности организма космонавта, в том числе для улучшения переносимости перегрузок во время спуска с орбиты. В продолжительном 56-суточном эксперименте с «сухой» иммерсией мы детально изучили состояние сердечно-сосудистой системы, водно-солевого обмена и функции почек и испытали средства профилактики - физические упражнения и искусственная гравитация, создаваемая с помощью центрифуги малого радиуса.

Корреспондент AN - Анатолий Иванович, Вы являетесь создателем нового научного направления - гравитационной физиологии. Расскажите, пожалуйста, про основные достижения данной области.

А.И. Григорьев - Гравитационная физиология занимается изучением закономерностей регуляции функций организма при измененной гравитации. Важные научные данные были получены в исследованиях на 11 биологических спутниках, которые проводились с участием специалистов российских и зарубежных научных центров (координатор Е.А. Ильин). Исследования велись по многим медико-биологическим дисциплинам с использованием биологических объектов широкого эволюционного диапазона (от микроорганизмов до приматов). В результате этих исследований совместно с Ю.В. Наточиным были получены важные данные для понимания механизмов адаптации обмена веществ при воздействии на живые организмы измененной

гравитацией, что стало значительным вкладом в теорию космической биологии.

К важным общетеоретическим достижениям можно отнести следующие: выявление у человека в длительных КП изменений чувствительности исполнительных органов к биологически активным веществам, определение роли сдвигов водно-солевого обмена в развитии вестибулярных расстройств, ортостатической неустойчивости и снижении переносимости ускорений, выяснение механизмов перестройки систем транспорта воды и ионов в почке, установление путей минимали-зации физиологических функций в этих условиях. Мы реализовали программы изучения сердечнососудистой системы и метаболизма в длительных полетах и установили ранее неизвестные механизмы эндокринной регуляции обмена веществ в условиях невесомости. При изучении влияния микрогравитации на муль-типотентные стромальные клетки человека (ММСК) совместно с Л.Б. Буравковой были обнаружены структурные и молекулярно-генетические изменения в ММСК костного мозга человека. Эти данные свидетельствуют о наличии гравитационно-зависимых внутриклеточных механизмов, которые обуславливают как ранние, так и поздние ответные реакции клеток-предшественников на моделирование эффектов микрогравитации, свидетельствующие об особой роли актинового цитоскелета как базовой структуры клеток, в том числе и стволовых, в качестве гравитационно-сенсорной клеточной структуры. Исследования молекулярных механизмов изменений, обнаруженных в ММСК в этих условиях, показали транзиторное изменение уровня экспрессии структурных и регуляторных генов, связанных с актиновым цитоскелетом. Впер-

ТОМ 6 № 2 (21) 2014 | АСТА ЫАТиИАЕ | 7

вые было установлено, что это воздействие приводит к достоверному изменению паттерна экспрессии генов - «маркеров стволовых клеток», в том числе генов, кодирующих белки, принимающие участие во внутриклеточной сигнализации, клеточной адгезии, регуляции пролиферации и диф-ференцировки стволовых клеток.

Выполненные имитационные эксперименты и полетные исследования позволили нам обосновать, а в последующем - разработать и внедрить в практику полетов методы медицинского контроля, прогноза и управления состоянием человека, создать комплекс технологий профилактики неблагоприятного воздействия невесомости, что способствовало осуществлению длительных полетов на орбитальной станции (ОС) «Мир» и позволило нашей стране занять лидирующие позиции в пилотируемой космонавтике.

Корреспондент AN - В период с 1996 по 2008 год Вы являлись руководителем медицинского обеспечения космических полетов на ОС «Мир» и МКС, расскажите, пожалуйста, подробнее об этом.

А.И. Григорьев - Нашим коллективом была разработана система медицинского обеспечения экипажей при длительных орбитальных полетах, которая включает следующие компоненты:

• медицинский отбор, периодические и предполетные медицинские освидетельствования космонавтов, медицинская сертификация;

• медико-биологическая подготовка экипажей;

• обеспечение здоровья и работоспособности космонавтов в орбитальном полете: мониторинг здоровья, медицинская диагностика, система профилактических мероприятий, управление функциональным состоянием, психологическая поддержка,

медицинская помощь (при необходимости), обеспечение радиационного контроля и контроля среды обитания;

• проведение послеполетной медицинской реабилитации с целью восстановления здоровья членов космических экипажей;

• медико-санитарное сопровождение разработки пилотируемых космических аппаратов;

• медико-техническое сопровождение разработок бортовых средств медико-биологического обеспечения.

Корреспондент AN - Анатолий Иванович, известно, что с 1990 по 2008 год Вы были председателем Главной медицинской комиссии Российского космического агентства по сертификации кандидатов в космонавты и космонавтов. Расскажите, пожалуйста, про медицинский отбор и подготовку космонавтов.

А.И. Григорьев - Разработанная совместно со специалистами ЦПК им. Ю.А. Гагарина система медицинского отбора космонавтов включает всесторонние медицинские обследования космонавтов для оценки соматического и психического здоровья, определение функциональных резервов организма по результатам переносимости специальных нагрузочных тестов. При модернизации системы отбора используются самые современные достижения медицинской науки и технологий. С целью прогноза переносимости космонавтами экстремальных условий КП наряду с обширными физиологическими и биохимическими исследованиями проводится изучение параметров их генотипа. По всей видимости, «генетической предрасположенности» индивидуума к перенесению перегрузок, связанных с предполетной подготовкой и собственно непосредственно с длительным пребыванием в космосе, будет уделяться все большее внимание.

Корреспондент AN - Как проходит медицинский контроль состояния здоровья экипажей в полете?

А.И. Григорьев - Основой медицинского контроля в КП стал комплексный мониторинг, направленный на оценку текущего состояния здоровья космонавтов, динамическое наблюдение за основными функциями их организма и средой обитания, контроль процессов регуляции и адаптации к условиям жизнедеятельности. Структура медицинского мониторинга позволяет диагностировать неблагоприятные состояния, которые могут развиться в полете, и при необходимости проводить экстренные обследования по показаниям. Разработана и эффективно функционирует система минимизации медицинских рисков при возможных отказах средств жизнеобеспечения и технических проблемах при полетных операциях. Также были разработаны режимы, средства и методы профилактики, апробированные в наземных экспериментах и реализованные в полетах. В сотрудничестве с О.Г. Газенко, А.С. Барером, Л.И. Какуриным, И.Б. Козловской, И.Д. Пестовым, Б.В. Моруковым и другими сотрудниками ИМБП разработана и успешно реализована на всех этапах длительных полетов система профилактических мероприятий. Бортовая система профилактики включает физические тренировки с использованием бегущей дорожки, велоэргометра и силовых тренажеров, создание нагрузки по продольной оси тела с помощью костюма «Пингвин», низкочастотную электростимуляцию мышц, воздействие отрицательного давления на нижнюю часть тела с помощью пневмовакуумного костюма «Чибис», лекарственные препараты и другие средства профилактики возможных нарушений функционального

8 | АСТА ПАТиИАЕ | ТОМ 6 № 2 (21) 2014

состояния в космическом полете. Важным назначением системы на начальном этапе полета являются профилактика и купирование проявлений адаптационного синдрома, а на завершающем -мероприятия для предупреждения послеполетной ортостатической неустойчивости (ОДНТ и водно-солевые добавки).

Исследования, выполненные во время и после КП, показали, что российская система профилактики эффективна для предотвращения или снижения отрицательных эффектов воздействия невесомости и других неблагоприятных факторов длительных КП и стала основой для медицинского обеспечения экипажей международной космической станции.

Корреспондент AN - Скажите, а как построена система оказания медицинской помощи?

А.И. Григорьев - Бортовая система оказания медицинской помощи построена по нозологическому принципу. Она разрабатывалась на основе современных передовых достижений клинической медицины с учетом специфических условий космического полета. Российская система оказания медицинской помощи включает бортовую аптечку и набор лечебных и профилактических специализированных медицинских укладок для неотложной помощи, укладок с сердечно-сосудистыми средствами, желудочно-кишечными, с антисептическими и другими средствами. Набор средств медицинской помощи на ОС «Мир» и МКС обеспечивал в ряде случаев проведение лечебных мероприятий при острых и неотложных состояниях и повреждениях, что позволяло устанавливать диагнозы и контролировать целенаправленное лечение. В создание системы оказания медицинской помощи на орбитальных станциях существенный вклад внесли исследования, проведенные со-

вместно с И.П. Неумывакиным, Л.Л. Стажадзе, В.В. Богомоловым, И.Б. Гончаровым, А.Д. Егоровым и сотрудниками ряда клиник Москвы и Санкт-Петербурга.

Корреспондент AN - Анатолий Иванович, а как обстоит дело с внедрением новых дистанционных технологий в обеспечение медицинского контроля космонавтов?

А.И. Григорьев - Начиная с 1990-х годов совершенствуется и внедряется космическая телемедицина, что позволило значительно оптимизировать вопросы медицинского обеспечения во время КП и в местах посадки. Внедрение в практику КП методов телемедицины значительно дополняет возможности диагностики и анализа эффективности оказания медицинской помощи.

Корреспондент AN - А как Вы осуществляете контроль среды обитания? Радиационный контроль?

А.И. Григорьев - Большое внимание уделяется мониторингу среды обитания ОС, включая оценку качества воздушной среды и оперативный контроль концентраций токсичных веществ. Была разработана классификация уровней загрязнения среды и созданы средства индивидуальной защиты. В течение полетов регулярно осуществляется оценка качества воды и уровня микробной контаминации на борту. Регулярно оценивается уровень шумов в жилых отсеках ОС и разрабатываются способы отопротекции в случае его превышения. Были разработаны научно-методические материалы по обеспечению радиационной безопасности экипажей орбитальных комплексов, создана постоянно действующая Служба радиационной безопасности космических полетов, оснащенная средствами для непрерывного контроля радиационных условий на трассе полета и в обитаемых отсеках, включая оценку доз облучения и радиа-

ционного риска членов экипажа, разработку и реализацию рекомендаций по максимальному снижению радиационной опасности для экипажа. Учитывая перспективу межпланетных экспедиций, в последние годы мы большое внимание уделяем изучению влияния тяжелых заряженных ионов на живые системы.

Корреспондент AN - Является ли медицинская послеполетная реабилитация столь же острой проблемой сейчас?

А.И. Григорьев - Сотрудники ИМБП детально проанализировали изменения после длительных полетов в состоянии многих систем организма, которые требуют для своего восстановления проведения специальных мероприятий по реабилитации здоровья космонавтов в послеполетный период, усовершенствовали ряд средств и методов для послеполетной реабилитации, создали медико-эвакуационный комплекс и медицинскую аппаратуру для обследования и оказания медицинской помощи космонавтам на месте приземления, разработали методы оказания медицинской помощи после полета. Эти работы получили дальнейшее развитие в связи с полетами на МКС. Сотрудники ИМБП (Б.М. Федоров, Т.Д. Васильева, В.В. Богомолов) и ЦПК им. Ю.А. Гагарина (В.В. Моргун, В.И. Почуев, О.В. Котов) выполнили цикл исследований по разработке комплекса методов и средств восстановления здоровья космонавтов после длительных полетов, в котором используются индивидуальные схемы и режимы мероприятий в период реадаптации.

Основным итогом разработанной нами системы медицинского обеспечения здоровья экипажей в полетах на ОС «Мир» и МКС является сохранение здоровья и работоспособности членов экипажей для эффективного выполнения полетных программ, а также бла-

ТОМ 6 № 2 (21) 2014 | АСТА ПАТиИАЕ | 9

гоприятного течения реадаптации на фоне проведения адекватных восстановительно-лечебных мероприятий. Важно отметить активную роль космонавтов, особенно врачей-космонавтов, в реализации этой системы. Подтверждена эффективность российской системы медицинского отбора, оперативного медицинского контроля здоровья экипажей в длительных полетах, системы полетной профилактики и послеполетной реабилитации. Об этом также свидетельствует успешное осуществление сверхдлительных полетов, в том числе уникальных по сложности полетов В.В. Полякова (438 сут за один полет) и С.К. Крикалева (803 сут за шесть полетов).

Корреспондент AN - Анатолий Иванович, а как космическая медицина проходит путь от орбитальных станций к межпланетным полетам?

А.И. Григорьев - Достижения в создании и успешной эксплуатации российской системы медицинского обеспечения здоровья космонавтов в длительных космических полетах служат реальной предпосылкой для разработки концепции медико-биологического обеспечения межпланетных экспедиций. В ИМБП проводятся исследования и разработки в этом направлении. Наиболее значимым стал проведенный в 2010-2011 годах международный 520-су-точный эксперимент по модели-

рованию межпланетного полета (проект «Марс-500»). В нем была отработана система медицинского обеспечения здоровья экипажа, смоделированы технологические операции по «высадке» на Марс, получены важные данные о динамике состояния основных систем организма в условиях длительной изоляции. Эксперимент получил высокую оценку мировой научной общественности.

Корреспондент AN - А можно ли использовать достижения космической медицины в клинической практике?

А.И. Григорьев - Мы активно предлагаем использовать наши достижения в практическом здравоохранении. Вместе с клиницистами ряда медицинских учреждений нам удалось добиться практической реализации в системе отечественного здравоохранения многих уникальных достижений, полученных во время КП и при моделировании жизнедеятельности организма в наземных условиях. В частности, совместно с И.Б. Козловской и Е.П. Тихомировым разработан ряд средств для профилактики и коррекции двигательных расстройств (специальные нагрузочные костюмы, средства нейромышечной стимуляции и др.), которые в ходе испытаний удалось адаптировать к потребностям клиники для детей с церебральным параличом (К.А. Семенова) и лиц, перенесших

черепно-мозговые травмы и инсульт (А.Б. Гехт, Л.А. Черникова, В.М. Шкловский и др.). Сейчас эти средства успешно «нарабатываются» на созданном при ИМБП производстве (И.В. Саенко).

Совместно с В.С. Огановым получены новые экспериментальные данные для анализа деструктивных и адаптивных процессов костных структур человека и сдвигов минерального обмена при снижении гравитационной нагрузки, разработана система коррекции нарушений опорно-двигательного аппарата при невесомости и гипокинезии.

Корреспондент AN - Анатолий Иванович, разрешите поздравить Вас с высокой правительственной наградой, поблагодарить за это интервью и пожелать новых творческих успехов в той области знаний, где наша страна долгие годы находилась на передовых рубежах и, судя по приведенным Вами данным, не сдает своих позиций и сегодня.

А.И. Григорьев - Спасибо за поздравление. Мне хотелось бы отметить, что эта работа - труд большого коллектива - не только ИМБП, но и всех сотрудников институтов и промышленных предприятий - нашей «кооперации», которую мне посчастливилось возглавлять многие годы. Хочу поблагодарить всех моих коллег и поздравить их с нашим общим успехом! •

10 | АСТА ЫАТиИАЕ | ТОМ 6 № 2 (21) 2014