СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ МИКРОГРАВИТАЦИИ
METHOD FOR SIMULATING HEMODYNAMIC EFFECTS OF MICROGRAVITY

Изобретение относится к медицине, а именно к космической медицине, в частности к способам моделирования эффектов микрогравитации в наземных условиях.
Актуальность проблемы заключается в том, что в практике авиакосмической медицины существует потребность в разработке способов моделирования микрогравитации, позволяющих в течение длительного времени сохранять получаемые гемодинамические эффекты в вертикальном положении тела при привычной двигательной активности с приемлемым уровнем комфортности и без развития неблагоприятных для здоровья последствий, что не обеспечивают известные способы.
Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации у человека в наземных экспериментах по изучению длительного влияния факторов космического полета на сердечно-сосудистую систему, водно-электролитный обмен и на состояние желудочно-кишечного тракта в условиях как сниженной, так и привычной и повышенной физической активности. Необходимо отметить, что предлагаемый способ расширяет функциональные возможности обследуемого в экспериментальных условиях, поскольку позволяет ему находиться большую часть суток в вертикальном положении тела при сохранении перераспределения крови, которое характерно для условий микрогравитации.
Кроме того, изобретение может быть использовано для моделирования гемодинамических эффектов гравитационных полей меньших, чем на Земле, что позволяет проводить экспериментальные исследования, моделирующие условия пребывания человека на других планетах, а также комплексные исследования по моделированию межпланетных космических полетов.
Изобретение может найти применение для использования эффектов перераспределения жидкостных сред организма в клинической медицине с целью профилактики и лечения секреторных и эвакуаторных нарушений органов желудочно-кишечного тракта, а также патологии органов малого таза.
В настоящее время известно несколько способов моделирования эффектов микрогравитации в наземных условиях.
Известен способ длительного моделирования влияния невесомости на человеческий организм в наземных условиях с помощью постельного режима в антиортостатическом положении (антиортостатическая гипокинезия) с малым углом наклона тела обследуемого человека относительно горизонтальной оси -5÷10° (Коваленко Е.А. Основные методы моделирования биологических эффектов невесомости // Космическая биол., 1977, т.11, №4, С.3-9; Какурин Л.И., Алексеева В.П., Кузьмин В.П. и др. Некоторые физиологические эффекты, вызванные антиортостатической гипокинезией // Бюл. космич. биологии и медицины. 1975, №13, С.3-19; Лобачик В.И., Жидков В.В., Абросимов С.В. Состояние жидкостных фаз тела в динамике 120-суточной антиортостатической гипокинезии // Космич. биология и авиакосмич. медицина. 1989, т.23, №5. с.57-61).
Недостатком известного способа является то, что при его использовании отсутствует возможность достаточно быстрого достижения гемодинамических эффектов моделирования микрогравитации, а также антигравитационных изменений жидкостных сред в спланхническом бассейне (от греческого «splanchna» - внутренности), органах брюшной полости и малого таза, поскольку при антиортостатической гипокинезии с малым углом наклона тела относительно горизонтальной оси (-5÷10°) выраженные гемодинамические эффекты моделирования микрогравитации наступают не ранее чем через 5-7 дней, и при этом обследуемый должен постоянно находиться в положении лежа.
Важно, что при вставании у испытуемого происходит обратное перераспределение объемов крови (от головы к ногам) по направлению вектора гравитации, что не позволяет моделировать эффекты микрогравитации в вертикальном положении тела, и, кроме того, небезопасно, поскольку при быстром подъеме в вертикальное положение могут возникать ортостатические нарушения вплоть до ортостатического коллапса.
Еще одним недостатком известного способа является высокий уровень материальных затрат при его осуществлении, поскольку обследуемый нуждается в постоянном постороннем уходе и контроле со стороны специально подготовленного высококвалифицированного, а поэтому и высокооплачиваемого медицинского персонала.
Также известен способ моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации путем помещения человека на 12 часов в антиортостатическое положение с углом наклона тела -12° или -15°, который дает возможность быстрого достижения эффектов микрогравитации (Изменения жидкостных сред и водно-солевого обмена в условиях антиортостатической гипокинезии и пассивных постуральных проб при разных уровнях гидратации организма. Ничипорук И.А., Ларина И.М., Носков В.Б., Моруков Б.В., Пастушкова Л.Х., Васильева Г.Ю. // Мат-лы Международной конференции «Медико-биологические аспекты действия физических факторов», Минск, «Бизнесофсет», 2006. С.247-249).
Недостатком известного способа является то, что при его использовании отсутствует возможность многосуточного моделирования эффектов микрогравитации и безопасного поддержания антигравитационных изменений жидкостных сред в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза, поскольку длительное воздействие отрицательных углов наклона тела (-12°, -15° и меньше) относительно горизонта вызывает неблагоприятные симптомы и ухудшение состояния здоровья, выражающиеся в постоянном нарастании ощущения тяжести в голове, появлении головной боли, отечности лица, заложенности носа, снижении остроты зрения и слуха, парестезии и онемения ног, затруднения дыхания и др., что небезопасно для испытуемого и существенно сокращает продолжительность проведения таких модельных исследований.
Другим недостатком известного способа является то, что при изменении антиортостатического положения тела человека на вертикальное эффекты краниального (в направлении головы) перераспределения жидкостных сред не сохраняются, и при этом могут развиваться ортостатические нарушения, так как при вставании обследуемого происходит острое обратное перераспределение крови от головы к ногам.
Известен способ моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации, включающий помещение человека в положение лежа на тонкую водонепроницаемую пленку в ванну с водой при температуре 32-34°C от 1-х до 30-ти суток - этот способ называется «сухая иммерсия», которая дает возможность быстрого достижения эффектов моделирования микрогравитации (Шульженко Е.Б., Виль-Вильямс И.Ф. Возможность проведения длительной водной иммерсии методом "сухого" погружения // Космич. биология и авиакосмич. медицина. 1976, т.10, №2, С.82-84).
Недостатком известного способа являются то, что при его использовании сохранение эффектов краниального перераспределения жидкостных сред возможно только в горизонтальном положении (лежа на пленке), а при выходе из иммерсионной среды и переходе в вертикальное положение моделирование эффектов микрогравитации прекращается, так как кровь быстро возвращается в депо нижних конечностей, в связи с чем также возможно развитие ортостатических нарушений.
Кроме того, еще одним недостатком известного способа является высокий уровень материальных затрат при его осуществлении, поскольку обследуемый нуждается в постоянном постороннем уходе и контроле со стороны специально подготовленного высококвалифицированного медицинского и технического персонала.
Известен способ моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации путем помещения человека в теплом белье и гидроизолирующем костюме в воду (например, в костюме для космонавтов «Форель», предназначенном для сохранения плавучести при приводнении спускаемого аппарата) и его перевод в вертикальное положение с помощью поддува подголовника костюма объемом воздуха 11-12,5 л - костюмная иммерсия (Авторское свидетельство СССР №1436120, приоритет от 18.08.1986).
Недостатком известного способа является отсутствие возможности длительного (многосуточного) моделирования эффектов микрогравитации, а также поддержания антигравитационных изменений жидкостных сред в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза в вертикальном положении тела, так как несколько раз в сутки для гигиенических процедур и отправления естественных физиологических надобностей обследуемый должен выходить из бассейна и снимать гидрокостюм, что неизбежно приводит к прекращению действия факторов, моделирующих гемодинамические эффекты микрогравитации.
Другим недостатком известного способа является снижение безопасности человека, так как он постоянно находится в условиях костюмной иммерсии в воде, доходящей до уровня шеи, в связи с чем он может производить только незначительные движения тела и конечностей из-за опасности захлебнуться и/или залить воду под оболочку гидрокостюма.
Известен еще один способ моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации с помощью перевода человека в вертикальное положение и помещения его в пневмовакуумный костюм «Чибис», в котором создается положительное давление в диапазоне от +10 до +75 мм ртутного столба, что обеспечивает регулируемый обжим мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей и дает возможность быстрого достижения эффектов микрогравитации и поддержания параметров гемодинамики, адекватных разным уровням сниженной гравитации (Лапаев Э.В., Крылов Ю.В., Кузнецов В.С. Физиология вестибулярного анализатора. Влияние невесомости и гиподинамии на функцию вестибулярного анализатора // Функция слухового и вестибулярного анализаторов при действии факторов авиакосмического полета. Проблемы косм. биол. - Т.47. - М.: Наука, 1983. - Гл.2. - С.140-180).
Недостатком известного способа является отсутствие возможности длительного моделирования эффектов микрогравитации, а также антигравитационных изменений жидкостных сред в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза в вертикальном положении тела, поскольку в пневмовакуумном костюме «Чибис» невозможно свободно передвигаться и спать, так как конструктивно он выполнен в виде брючного каркаса из металлических колец, обшитых воздухонепроницаемой прорезиненной тканью, соединенных с жесткими высокими герметичными ботинками, и, к тому же, присоединен к работающему компрессору. Кроме того, для отправления естественных физиологических надобностей обследуемый должен полностью снимать пневмовакуумный костюм, в связи с чем прекращается обжим мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей, что приводит к прекращению действия факторов, моделирующих воздействие микрогравитации.
Другим недостатком известного способа является то, что при его использовании сохранение эффектов моделирования микрогравитации и краниального перераспределения жидкостных сред возможно только при постоянно работающем компрессоре, создающем положительное давление на нижнюю половину тела, что небезопасно, так как обследуемый постоянно находится вблизи работающей мощной техники в жесткой воздухонепроницаемой конструкции «Чибиса».
Еще одним недостатком известного способа является высокий уровень материальных затрат при его осуществлении, поскольку стоимость пневмовакуумного костюма «Чибис» и специального компрессора значительна (~100000$), и обследуемый нуждается в постоянном постороннем контроле со стороны специально подготовленного высококвалифицированного медицинского и технического персонала.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации, включающий перевод человека в вертикальное положение с воздействием регулируемого обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей с помощью противоперегрузочного костюма «Кентавр», состоящего из шорт и гетр и предназначенного для нормализации кровообращения человека на этапах спуска и посадки космического летательного аппарата, эвакуационных мероприятий после приземления и в период послеполетной реабилитации для профилактики ортостатической неустойчивости, а также для восстановления нарушенных или неоптимально работающих функциональных систем организма человека (Ю.Егоров, А.Сахарова. Из космоса на землю // Техника молодежи. 2006. №1. С.8-9; Патент РФ №2254272, приоритет от 07.07.2003).
Недостатком известного способа является отсутствие возможности длительного сохранения преимущественно в вертикальном положении тела - до 16 часов в сутки - эффектов моделирования микрогравитации после быстрого их достижения и длительного сохранения в вертикальном положении тела антигравитационных изменений жидкостных сред и гемодинамики в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза, в связи с тем что обследуемый несколько раз в сутки для отправления естественных физиологических надобностей должен ослаблять шнуровку и приспускать или снимать шорты противоперегрузочного костюма, что приводит к прекращению действия факторов, моделирующих воздействие микрогравитации на органы брюшной полости и таза. Кроме того, многосуточное непрерывное ношение противоперегрузочного костюма нежелательно из-за воздействия длительного обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей, которое сопровождается нарушением температурно-влажностного режима закрытых областей тела, образованием складок и натертостей на кожных покровах, что, в конечном итоге, может привести к образованию пролежней и других повреждений кожи и мягких тканей, а поэтому небезопасно для обследуемого. Следует также отметить, что повышаются материальные затраты, так как возникает необходимость обязательной профилактики возможного развития неблагоприятных изменений состояния здоровья обследуемого человека.
Еще одним недостатком известного способа является неполное моделирование гемодинамических эффектов микрогравитации, так как любая (при этом безопасная и комфортно переносимая человеком) степень обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей с помощью приспособлений противоперегрузочного костюма «Кентавр» (выбор размера, затягивание шнуровки боковых поверхностей шорт и голеней, застегивание молний) и особенности его надевания (стоя, сидя или лежа) не обеспечивают полное вытеснение депонированной под воздействием силы тяжести жидкости и крови из мягких тканей и сосудов гравитационнозависимого депо нижних конечностей, а также не сохраняют характерную для условий микрогравитации детренированность сосудистого русла, т.е. не поддерживают угнетение реакций центров регуляции тонуса сосудов на изменение положения тела относительно вектора гравитации.
Кроме того, к недостаткам известного способа можно отнести отсутствие возможности длительного поддержания параметров гемодинамики, адекватных разным уровням сниженной гравитации, поскольку степень регулируемого обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей с помощью противоперегрузочного костюма «Кентавр» обычно определяется только по субъективным ощущениям обследуемого.
Технический результат предлагаемого изобретения выражается:
- в возможности многосуточного сохранения в течение 8 часов сна лежа и до 16 часов в сутки в вертикальном положении тела человека эффектов моделирования микрогравитации после быстрого их достижения;
- в возможности длительного сохранения в вертикальном положении тела антигравитационных изменений жидкостных сред и гемодинамики в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза;
- в возможности длительного поддержания параметров гемодинамики, адекватных разным уровням сниженной гравитации;
- в возможности повышения безопасности человека и снижения материальных затрат при длительном моделировании эффектов микрогравитации.
Сущность изобретения состоит в разработке нового безопасного способа моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации у человека в наземных экспериментах для изучения влияния факторов космического полета на сердечнососудистую систему, водно-электролитный обмен и состояние желудочно-кишечного тракта.
Поставленная задача достигается тем, что способ моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации включает в себя перевод человека в вертикальное положение с воздействием регулируемого обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей, при этом согласно изобретению на период ночного отдыха человека помещают в антиортостатическое положение, а на период активного бодрствования перед переводом в вертикальное положение регулируемый обжим мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей осуществляют в антиортостатическом положении с помощью эластичных материалов элементов одежды с разной степенью растяжения-сжатия, причем уровень обжима поддерживают в течение всего периода времени активного бодрствования в вертикальном положении тела, а период бодрствования чередуют с периодом ночного отдыха без обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей, при этом моделирование гемодинамических эффектов, адекватных разным уровням сниженной гравитации, осуществляют путем соответствующего изменения угла наклона тела в антиортостатическом положении и регулируемого обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей под контролем состава жидкостных сред регионов тела (объемы внеклеточной и клеточной жидкости в голове, ногах, грудной и брюшной полостях и т.п.).
Таким образом, в изобретении предложена новая совокупность существенных признаков. Все предложенные признаки существенны, поскольку влияют на достигаемый технический результат, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.
Так, например, в предпочтительном варианте способа моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации на период ночного отдыха человека помещают в антиортостатическое положение, а на период активного бодрствования перед переводом в вертикальное положение регулируемый обжим мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей осуществляют в антиортостатическом положении с помощью эластичных материалов элементов одежды с разной степенью растяжения-сжатия, причем уровень обжима поддерживают в течение всего периода времени активного бодрствования в вертикальном положении тела.
В связи с этим впервые появилась возможность длительного сохранения в вертикальном положении тела в течение 16 часов в сутки эффектов моделирования микрогравитации после быстрого их достижения, поскольку сочетание пребывания человека в антиортостатическом положении в период ночного отдыха в течение 8 часов с регулируемым обжимом мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей во время дневного периода активного бодрствования преимущественно в вертикальном положении позволяет быстро добиться основных изменений гемодинамики и состояния сосудистого тонуса, характерных для условий микрогравитации, и поддерживать их в течение длительного времени.
Кроме того, использование предложенного способа дает возможность длительного сохранения в вертикальном положении тела антигравитационных изменений жидкостных сред и гемодинамики в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза, поскольку и во время ночного сна, и в период дневного бодрствования постоянно и в течение длительного времени обеспечивается поддержание условий для краниального перераспределения жидкостных сред путем пассивно-активной регуляции состояния гравитационнозависимого депо нижних конечностей и угнетения сосудистых реакций на изменение положения тела относительно вектора гравитации. Следует указать, что период бодрствования преимущественно в вертикальном положении подразумевает пребывание испытуемого в положении как стоя, так и сидя.
Необходимо отметить, что период бодрствования чередуют с периодом ночного отдыха без обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей. Это дает возможность повысить физическую безопасность, а также комфортность и уровень функциональной активности обследуемого человека, в связи с тем что позволяет ему свободно передвигаться в период активного бодрствования, при этом чередование методов моделирования эффектов микрогравитации, с одной стороны, не приводит к развитию дискомфортных и неблагоприятных для здоровья последствий от использования каждого из этих методов в отдельности, в частности, или антиортостатической гипокинезии, или постоянного обжима тканей живота, таза и/или нижних конечностей, а с другой стороны, дает возможность получения сверхсуммарного эффекта от сочетанного попеременного использования моделирующих воздействий, в частности, по схеме - ночью антиортостатическая гипокинезия, днем - постоянный обжим тканей живота, таза и/или нижних конечностей. Следует отметить, что чередование антиортостатической гипокинезии и постоянного обжима тканей живота, таза и/или нижних конечностей не обязательно должно быть привязано к периоду естественной освещенности «ночь-день», поскольку может использоваться в экспериментах с измененными режимом бодрствования и суточными ритмами (моделирование ненормированного рабочего дня, аварийных режимов работы на орбитальной станции и т.п.).
Вполне разумно, что моделирование гемодинамических эффектов, адекватных разным уровням сниженной гравитации, осуществляют путем соответствующего изменения угла наклона тела в антиортостатическом положении и регулируемого обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей под контролем состава жидкостных сред регионов тела, т.к. это позволяет обеспечить моделирование перераспределения жидкостных сред в краниальном направлении в соответствии с рассчитанными коэффициентами для сниженных по сравнению с земным уровней гравитации на поверхностях других планет, например Луны или Марса.
Совокупность отличительных признаков предлагаемого способа, в частности, чередование использования антиортостатической гипокинезии в период ночного отдыха с регулируемым обжимом мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей в период активного бодрствования также дает возможность снизить материальные затраты при длительном моделировании эффектов микрогравитации, поскольку не требует тщательного медицинского контроля за обследуемым в дневной период времени и не требует затрат медикаментов на профилактику возможных расстройств здоровья.
Способ осуществляют следующим образом.
Готовят функциональную кровать или ложемент спальных мест с обеспечением антиортостатического положения тела, на который укладывают обследуемого на период ночного сна. Утром после пробуждения в положении лежа в антиортостатическом положении надевают на обследуемого человека одежду с элементами эластичных материалов с разной степенью растяжения-сжатия, например, противоперегрузочный костюм «Кентавр», на котором затягивают шнуровку шорт и голеней и застегивают молнии на голенях, оценивая самочувствие и отсутствие неприятных ощущений со стороны испытуемого для предотвращения дискомфортного прилегания одежды. Поднимают обследуемого в вертикальное положение и позволяют ему осуществлять привычную двигательную активность в течение дня. При использовании противоперегрузочного костюма «Кентавр» для отправления естественных физиологических надобностей в течение дневного периода времени обследуемого укладывают в антиортостатическое положение и позволяют временно снять или ослабить эластичные элементы одежды, а после завершения физиологического процесса повторяют процедуру ее надевания. Вечером перед сном обследуемого укладывают в антиортостатическое положение и снимают одежду с элементами эластичных материалов с разной степенью растяжения-сжатия, после чего он засыпает. Утром следующих суток все процедуры повторяют. Такое моделирование гемодинамических эффектов микрогравитации повторяют в течение необходимого периода времени, например в течение 5-7 суток, 2-3-х недель, а при необходимости и более.
2
Для моделирования гемодинамических эффектов, адекватных разным уровням сниженной гравитации, обеспечивают угол наклона тела в антиортостатическом положении от -3° до -45°, соответствующий предполагаемым изменениям состава жидкостных сред на других планетах с пониженным по сравнению с земным уровнем гравитации (100%), например, на Марсе - 37,7%, на Луне - 16,6%, на Меркурии - 37,7%, на Венере - 89,7% и т.п. (Проект по теме "Космос" Взгляд в будущее [Электронный ресурс: <http://www.botik.ru/ICCC/NewPage/ICCCpageRus/Projects/2009/3session/HTML/vzglyad_v_buduschee/project.htm> Проверено 08.09.2011]), и регулируемый обжим мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей под контролем состава жидкостных сред регионов тела, например, с помощью импедансометрии, в диапазоне на 01-12% ниже значений, регистрируемых в нормальных земных условиях при g=9,81 м/с.
Следует отметить, что для регулируемого обжима мягких тканей живота, таза и/или нижних конечностей с помощью эластичных материалов элементов одежды с разной степенью растяжения-сжатия могут использоваться разные устройства - противоперегрузочные костюмы, окклюзионные манжеты на бедра (изделие «Браслет» - Г.А.Фомина, А.Р.Котовская, Е.В.Темнова. Динамика сердечно-сосудистых изменений в различные периоды длительного пребывания человека в невесомости // Авиакосм, и эколог, мед. 2009. Т.43. №3. С.11-16) и др.
Предлагаемый способ прошел апробацию в Учреждении Российской академии наук Государственного научного центра РФ - Института медико-биологических проблем РАН (ГНЦ РФ - ИМБП РАН, г.Москва) в наземном эксперименте с длительной изоляцией, моделирующем пилотируемый полет на Марс, в ходе реализации проекта «МАРС 500», а также в других модельных экспериментах. Критериями адекватного моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации являлось перераспределение жидкостных сред в краниальном направлении и снижение общего объема жидкости и внеклеточной жидкости на 5-10%, которое отмечалось в условиях реального космического полета на Международной космической станции (Носков В.Б., Ничипорук И.А., Григорьев А.И. Динамика жидкостных сред и состава тела в условиях длительного космического полета (биоимпедансный анализ) // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007, т.41, №3, С.3-7). Кроме того, оценку антигравитационных изменений жидкостных сред и гемодинамики в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза проводили по данным ежесуточного ультразвукового обследования - наличию эхографической картины расширения магистральных вен печени и брюшной полости, увеличения размеров паренхиматозных органов, толщины стенок желудка, кишечника и желчного пузыря, повышения секреторной активности органов пищеварения, что также характерно для условий космического полета (Афонин Б.В. Система пищеварения. В кн.: Орбитальная станция МИР. Космическая биология и медицина. М., 2001, Т 1.15, С.620-628; Афонин Б.В. Носков В.Б., Поляков В.В. Состояние органов пищеварительной системы в условиях длительного космического полета // Физиология человека. М., 2003, Т.29.5, С.53-57).
Пример №1 из медицинской карты.
Обследуемый Ж-в, мужчина, возраст 29 лет, рост 177 см, вес 94 кг принимал участие в эксперименте по моделированию гемодинамических эффектов микрогравитации в течение 4-х суток. Обследуемый спал на функциональной кровати в антиортостатическом положении с углом наклона тела -15° в течение 8 часов. Утром после пробуждения в положении лежа в антиортостатическом положении на него надевали противоперегрузочный костюм «Кентавр», затягивали на нем шнуровку шорт и голеней и застегивали молнии на голенях, учитывая самочувствие и отсутствие неприятных ощущений со стороны испытуемого. Затем обследуемый поднимался в вертикальное положение и осуществлял привычную двигательную активность в течение дня. Для отправления естественных физиологических надобностей в течение дневного периода времени обследуемого укладывали в антиортостатическое положение и временно снимали шорты противоперегрузочного костюма «Кентавр», а после завершения физиологического процесса надевали шорты и затягивали на них шнуровку, учитывая самочувствие и отсутствие неприятных ощущений со стороны испытуемого. Вечером перед сном обследуемого снова укладывали в антиортостатическое положение и снимали противоперегрузочный костюм «Кентавр», после чего он засыпал. Состояние жидкостных сред контролировали с помощью биоимпедансометрического прибора «Спрут-2» (фирма «МЕДАСС», Россия) путем наложения 5 пар электродов на лоб, на запястья левой и правой рук и на щиколотки левой и правой ног и измерения импеданса.
До начала экспериментальных воздействий (исходные данные или фон) перед помещением обследуемого в антиортостатическое положение и без надевания противоперегрузочного костюма «Кентавр» объем общей жидкости тела составлял 68,4 л, объем внеклеточной жидкости - 34,5 л, при перемещении из положения стоя в положение лежа прирост объема внеклеточной жидкости головы составлял 1,5-2,0%, снижение объема внеклеточной жидкости в ногах - 3,5-4,0%, что соответствовало физиологической норме. Динамика определяемых показателей в течение периода исследований отражена в табл.1.
Из таблицы видно, что в течение экспериментального периода, начиная с 1-х суток и до его окончания, когда обследуемый спал ночью на функциональной кровати в антиортостатическом положении, а днем находился в противоперегрузочном костюме «Кентавр», у него отмечались изменения состояния жидкостных сред и органов брюшной полости, характерные для состояния микрогравитации, что выражалось в уменьшении объемов общего количества жидкости до 62,7±0,9 л (снижение от исходного на 8,3±1,3%), внеклеточной жидкости до 31,1±0,1 л (снижение от исходного на 9,3±0,3%). При этом наблюдались как прирост объема внеклеточной жидкости в голове на 4,9±0,7%, так и снижение объема внеклеточной жидкости в ногах на 12,7±0,3%.
Таблица 1
Динамика исследуемых показателей при моделировании гемодинамических эффектов микрогравитации
Показатель, единицы измерения
Период исследований, сутки
Фон (0)
1
2
3
4
Масса тела, кг
94
92
92
91,5
90,5
Общий объем жидкости, л
68,4
65,3
62,3
61,2
62,1
Общий объем внеклеточной жидкости, л
34,5
31,6
31,2
31,3
31,1
Прирост (снижение) объема внеклеточной жидкости в голове, %:
лежа
1,5
4,3
4,8
5,3
5,2
стоя
-1,3
4,2
4,7
5,2
5,2
Прирост (снижение) объема внеклеточной жидкости в ногах, %:
лежа
-3,5
-12,4
-13,2
-14,5
-14,4
стоя
4,0
-11,9
-13,4
-14,1
-14,3
Расширение магистральных вен печени и брюшной полости, %
нет
47
48
50
46
Увеличение:
размеров паренхиматозных органов, %толщины:
нет
1,7
1,5
2,0
1,6
стенок желудка, %
нет
130
160
166
170
кишечника, %
нет
160
170
175
160
желчного пузыря, %
нет
64
72
65
78
Следует отметить, что по данным ультразвукового обследования отмечено: расширение магистральных вен печени и брюшной полости на 47,8±0,9%; увеличение размеров паренхиматозных органов на 1,7±0,1%; увеличение толщины стенок желудка (156,5±9,1%), кишечника (166,3±3,8%) и желчного пузыря (69,8±3,3%) по сравнению с исходными значениями, что характерно для условий космического полета. Дополнительным подтверждением адекватности способа моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации реальным условиям космического полета являлось снижение переносимости пассивной ортостатической пробы с 20 (фон, физиологическая норма) до 8 минут после окончания экспериментального периода.
Пример №2 из медицинской карты.
Обследуемый Е-в, мужчина, возраст 45 лет, рост 180 см, вес 93 кг принимал участие в эксперименте по моделированию гемодинамических эффектов микрогравитации в течение 3-х суток. Обследуемый спал на функциональной кровати в антиортостатическом положении с углом наклона тела -15° в течение 8 часов. Утром после пробуждения в положении лежа в антиортостатическом положении на него надевали противоперегрузочный костюм «Кентавр», затягивали на нем шнуровку шорт и голеней и застегивали молнии на голенях, учитывая самочувствие и отсутствие неприятных ощущений со стороны испытуемого. Затем обследуемый поднимался в вертикальное положение и осуществлял привычную двигательную активность в течение дня. Для отправления естественных физиологических надобностей в течение дневного периода времени обследуемого укладывали в антиортостатическое положение и временно снимали шорты противоперегрузочного костюма «Кентавр», а после завершения физиологического процесса надевали шорты и затягивали их шнуровку под контролем самочувствия и отсутствия неприятных ощущений со стороны испытуемого. Вечером перед сном обследуемого опять укладывали в антиортостатическое положение и снимали противоперегрузочный костюм «Кентавр», после чего он засыпал. Состояние жидкостных сред контролировали с помощью биоимпедансометрического прибора «Спрут-2» (фирма «МЕДАСС», Россия) путем наложения 5 пар электродов на лоб, на запястья левой и правой рук и на щиколотки левой и правой ног и измерения импеданса.
До начала экспериментальных воздействий (исходные данные или фон) перед помещением обследуемого в антиортостатическое положение и без надевания противоперегрузочного костюма «Кентавр» объем общей жидкости тела составлял 67,4 л, объем внеклеточной жидкости - 34,3 л, при перемещении из положения стоя в положение лежа прирост объема внеклеточной жидкости головы составлял 1,4-1,5%, снижение объема внеклеточной жидкости в ногах - 3,5-4,0%, что соответствовало физиологической норме. Динамика определяемых показателей в течение периода исследований отражена в табл.2.
Таблица 2
Динамика исследуемых показателей при моделировании гемодинамических эффектов микрогравитации
Показатель, единицы измерения
Период исследований, сутки
Фон (0)
1
2
3
Масса тела, кг
93
91,5
92
91,3
Общий объем жидкости, л
67,4
65,7
62,8
61,8
Общий объем внеклеточной жидкости, л
34,3
31,5
31,4
31,5
Прирост (снижение) объема внеклеточной жидкости в голове, %:
лежа
1,5
4,1
4,8
5,1
стоя
-1,4
4,2
4,7
5,2
Прирост (снижение) объема внеклеточной жидкости в ногах, %:
лежа
-3,5
-12,6
-13,5
-14,3
стоя
4,0
-12,1
-13,4
-14,1
Расширение магистральных вен печени и брюшной полости, %
нет
46
46
48
Увеличение:
размеров паренхиматозных органов, %толщины:
нет
1,6
1,5
2,0
стенок желудка, %
нет
126
146
156
кишечника, %
нет
161
167
170
желчного пузыря, %
нет
62
67
68
Из таблицы видно, что в течение экспериментального периода, начиная с 1-х суток и до его окончания, когда обследуемый спал ночью на функциональной кровати в антиортостатическом положении, а днем находился в противоперегрузочном костюме «Кентавр», у него отмечались изменения состояния жидкостных сред и органов брюшной полости, характерные для состояния микрогравитации, что выражалось в уменьшении объемов общего количества жидкости до 63,4±1,0 л (снижение от исходного на 5,9±1,5%), внеклеточной жидкости до 31,5±0,2 л (снижение от исходного на 8,3±0,1%). При этом наблюдались как прирост объема внеклеточной жидкости в голове на 4,7±0,3%, так и снижение объема внеклеточной жидкости в ногах на 13,4±0,5%. Следует отметить, что по данным ультразвукового обследования отмечалось: расширение магистральных вен печени и брюшной полости на 46,7±0,6%; увеличение размеров паренхиматозных органов на 1,7±0,1%; увеличение толщины стенок желудка (142,7±7,6%), кишечника (166,0±2,3%) и желчного пузыря (65,7±1,6%) по сравнению с исходными значениями, что характерно для условий космического полета. Дополнительным подтверждением адекватности способа моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации реальным условиям космического полета являлось снижение переносимости пассивной ортостатической пробы с 20 (фон) до 12 минут после окончания экспериментального периода.
Пример №3 из медицинской карты.
Обследуемый Н-к, мужчина, возраст 52 года, рост 176 см, вес 74 кг принимал участие в эксперименте по моделированию гемодинамических эффектов гравитации на планете Марс в течение 4-х недель. Обследуемый спал на функциональной кровати в антиортостатическом положении с углом наклона тела -3° в течение 8 часов. Утром после пробуждения в положении лежа в антиортостатическом положении на его бедра надевали окклюзионные манжеты (изделие «Браслет») под контролем его самочувствия и отсутствия неприятных ощущений. Затем обследуемый поднимался в вертикальное положение и осуществлял привычную двигательную активность в течение дня. Состояние жидкостных сред контролировали с помощью биоимпедансометрического прибора «Спрут-2» (фирма «МЕДАСС», Россия) путем наложения 5 пар электродов на лоб, на запястья левой и правой рук и на щиколотки левой и правой ног и измерения импеданса.
До начала экспериментальных воздействий (исходные данные или фон) перед помещением обследуемого в антиортостатическое положение и без надевания изделия «Браслет» объем общей жидкости тела составлял 42,8 л, объем внеклеточной жидкости - 22,7 л, при перемещении из положения стоя в положение лежа прирост объема внеклеточной жидкости головы составлял 1,1-1,2%, снижение объема внеклеточной жидкости в ногах - 1,5-3,5%, что соответствовало физиологической норме. Динамика определяемых показателей в течение периода исследований отражена в табл.3.
Таблица 3
Динамика исследуемых показателей при моделировании гемодинамических эффектов микрогравитации
Показатель, единицы измерения
Период исследований, недели
Фон (0)
1
2
3
4
Масса тела, кг
74
73
73
72,5
73,5
Общий объем жидкости, л
42,8
41,3
42,3
41,2
42,1
Общий объем внеклеточной жидкости, л
22,7
21,6
21,2
21,4
21,6
Прирост (снижение) объема внеклеточной жидкости в голове, %:
лежа
1,1
2,3
1,8
2,3
1,8
стоя
-1,2
2,2
1,7
2,2
1,7
Прирост (снижение) объема внеклеточной жидкости в ногах, %:
лежа
-1,5
-2,3
-2,2
-2,5
-2,1
стоя
3,5
-1,9
-2,4
-2,4
-2,1
Расширение магистральных вен печени и брюшной полости, %
нет
27
25
25
26
Увеличение:
размеров паренхиматозных органов, %толщины:
нет
0,5
0,7
0,7
0,6
стенок желудка, %
нет
30
46
36
37
кишечника, %
нет
56
57
56
56
желчного пузыря, %
нет
34
32
35
32
Из таблицы видно, что в течение экспериментального периода, начиная с 1-х суток и до его окончания, когда обследуемый спал ночью на функциональной кровати в антиортостатическом положении, а днем находился в изделии «Браслет», у него отмечались изменения состояния региональных жидкостных сред и органов брюшной полости, рассчитанные с учетом условий марсианской гравитации, что выражалось в уменьшении объемов общего количества жидкости до 41,7±0,3 л (снижение от исходного на 2,5±0,6 %), внеклеточной жидкости до 21,5±0,1 л (снижение от исходного на 5,5±0,4%). При этом наблюдались как прирост объема внеклеточной жидкости в голове на 2,1±0,1%, так и снижение объема внеклеточной жидкости в ногах на 2,25±0,1%. Следует отметить, что по данным ультразвукового обследования отмечалось: расширение магистральных вен печени и брюшной полости на 25,8±0,5%; увеличение размеров паренхиматозных органов на 0,6±0,1%; увеличение толщины стенок желудка (37,3±3,3%), кишечника (56,3±0,3%) и желчного пузыря (33,3±0,8%) по сравнению с исходными значениями, что по расчетам может соответствовать условиям пребывания космонавтов на планете Марс. Дополнительным подтверждением адекватности способа моделирования гемодинамических эффектов марсианской гравитации являлось ухудшение переносимости пассивной ортостатической пробы с 20 (фон) до 16 минут после окончания экспериментального периода.
Как видно из табл.4, моделирование гемодинамических эффектов микрогравитации предложенным способом позволило обеспечить возможность длительного многосуточного моделирования эффектов микрогравитации (более 16 часов), а также поддержания параметров гемодинамики, адекватных разным уровням сниженной гравитации, и уменьшить материальные затраты.
Таблица 4
Сравнительная характеристика эффективности моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации
Показатель, единицы измерения
Прототип
Предложенный способ
Возможность длительного моделирования эффектов микрогравитации (более 16 часов)
нет
есть
Возможность длительного поддержания параметров гемодинамики, адекватных разным уровням сниженной гравитации
нет
есть
Материальные затраты на профилактику возможных нарушений здоровья
есть
нет
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить возможность многосуточного сохранения в течение 8 часов сна лежа и до 16 часов в вертикальном положении тела человека эффектов моделирования микрогравитации после быстрого их достижения, а также длительно сохранять в вертикальном положении тела антигравитационных изменений жидкостных сред и гемодинамики в спланхническом бассейне, органах брюшной полости и малого таза, кроме того, обеспечить возможность длительного поддержания параметров гемодинамики, адекватных разным уровням сниженной гравитации, а также повысить безопасность и снизить материальные затраты при длительном моделировании эффектов микрогравитации.
Способ моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации согласно изобретению может найти применение:
- в практике авиакосмической медицины для моделирования гемодинамических эффектов микрогравитации у человека в наземных экспериментах по изучению длительного влияния факторов космического полета на сердечно-сосудистую систему, водно-электролитный обмен и состояние желудочно-кишечного тракта в условиях как сниженной, так и привычной и повышенной физической активности, в том числе при отборе кандидатов в космонавты;
- для моделирования гемодинамических эффектов гравитационных полей меньших, чем на Земле;
- для использования эффектов перераспределения жидкостных сред организма в клинической медицине с целью профилактики и лечения секреторных и эвакуаторных нарушений органов желудочно-кишечного тракта и патологии органов малого таза.