Спасибо, что вы с нами!

Испытание невесомостью

Что такое сухая иммерсия и зачем она нужна

Невесомость негативно влияет на человека: наш организм приспособлен к гравитационному притяжению. При длительном пребывании в космосе могут атрофироваться мышцы, повышается нагрузка на сердце, кровь начинает по-другому распределяться по телу. В Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН изучают то, как можно компенсировать негативное воздействие невесомости, которое ставит людям ограничения для полета в космос.
Добавить в закладки
Комментарии
...

Одна из разработанных моделей, которая позволяет воспроизводить невесомость на Земле и проводить различные эксперименты, — сухая иммерсия. Изначально иммерсия была «мокрая»: первых испытателей помещали в бассейн и человек находился в воде без опоры. Но оказалось, что это небезопасно: портится кожа, выделяются кожные жиры. После этого в ИМБП РАН придумали модель сухой иммерсии. Вода при этом покрывается специальной пленкой, и человек, находясь также в безопорном пространстве, не контактирует с жидкостью напрямую. Конструктор ЦНИИ РТК и популяризатор космонавтики Александр Хохлов участвовал в космическом эксперименте на протяжении пяти дней. Он рассказал, как воздействует на организм сухая иммерсия, зачем проводятся такие исследования и что он чувствовал до и после пребывания в «невесомости».

Александр ХОХЛОВ, конструктор ЦНИИ РТК, популяризатор космонавтики:

— Сухая иммерсия — это одна из моделей невесомости, которая используется для проведения экспериментов, для разработки методик здесь, на Земле. Конечно, идеально изучать невесомость в космосе.

Ученые ИМБП (Института медико-биологических проблем РАН) работают со всеми космонавтами. На орбите проводится большое количество экспериментов. Они в том числе изучают воздействие невесомости на космонавтов. Но космонавтов на орбиту летает мало. К примеру, на данный момент на МКС, Международной космической станции, находятся всего лишь два российских члена экипажа из шести членов международного экипажа. Соответственно, статистика у ученых не очень большая. Поэтому большое количество экспериментов проводится на Земле.

Сама история вопроса такова. В июне 1970 года на орбиту летал советский космический корабль «Союз-9» в составе экипажа Андрияна Николаева и Виталия Севастьянова. Они совершили абсолютно рекордный полет по автономному полету (т.е. без пристыковки корабля к орбитальной станции). Это 17 суток и 16 часов. Во время этого полета у них не было средств компенсации негативного воздействия невесомости. И при возвращении после длительного полета на Землю оказалось, что они не могут самостоятельно подняться. У них пошла атрофия мышц. В том числе было большое негативное воздействие на сердце. И они были обездвижены. Им срочно потребовалось оказывать медицинскую помощь. Космонавты несколько дней лежали в госпитале.

После этого перед учеными-медиками (в первую очередь — ИМБП, поскольку институт занимается вопросами пилотируемых полетов и был основан по решению Сергея Павловича Королева) возник вопрос: как компенсировать то воздействие невесомости, которое поставило ограничение перед людьми на полеты в космос. Оказалось, что это возможно.

Разработали ряд моделей невесомости, провели несколько экспериментов на Земле. Есть несколько моделей. Самая настоящая невесомость — это полет людей в специальном самолете лаборатории, который летает «горками» (вот так), и при спуске самолета с горы вниз в нем на 22 секунды примерно возникает невесомость. Это настоящая невесомость, но она кратковременная. Невозможно проводить длительный эксперимент, при котором происходит как раз атрофия мышц и ряд других изменений.

И есть другая модель, это сухая иммерсия. При иммерсии отсутствует твердая опора. Человек фактически находится в воде, покрытой водонепроницаемой тканью. Тело не опирается жестко, как при положении стоя или лежа на твердой поверхности. И наружу торчит только голова или руки — для того чтобы есть и выполнять какие-то эксперименты. Сухая иммерсия актуальна. Эти эксперименты идут из года в год. Была рекордная сухая иммерсия в 56 дней, сейчас эти эксперименты проводятся три, пять и семь суток. Я участвовал в эксперименте на пять суток. Сейчас в ИМБП 10 испытателей, по два человека, поскольку сейчас используются две ванны, где лежит по одному человеку. Параллельно лежит два человека. И вот 10 испытателей проходят исследование, в котором также изучается воздействие условной невесомости.

Но у этого эксперимента есть некая особенность. Используется электромиостимуляция. Уже давно этот способ компенсации отсутствия физической нагрузки и атрофии мышц используется. Кроме того, что космонавты по два часа бегают на беговой дорожке, занимаются на силовом американском тренажере ARED, крутят педали на велоэргометре. Также экспериментально им надевались специальные электроды и подавался высокочастотный или низкочастотный ток, который приводит к сокращению мышц. Это называется «электромиостимуляция». Она полезно влияет. К примеру, три часа электромиостимуляции или ЭМС приводят к эффекту двухчасовой прогулки пешком в парке и т.д.

Поэтому данная технология используется в космосе. Но это также используется и на Земле. И сухая иммерсия сейчас используется в клиниках для некоторых заболеваний, когда нужно расслабить мышцы и нервную систему, поскольку при погружении в эту ванну человек чувствует некое расслабление, поскольку у него нет опоры. Я тоже это чувствовал. Хотя именно для полезного воздействия это только минуты и часы, но не пять суток. Большое время проведения приводит именно к тем эффектам, которые испытывают космонавты во время острой адаптации на орбите.

Все это я испытал на себе, хотя многие ощущения субъективны. Получается, что у испытателя в иммерсии, когда его погружают туда, возникает много из тех ощущений, что и у космонавта на орбите во время полета в космическом корабле или на станции. Единственное, чего точно нет, так это укачивания. Космонавта во время полета еще и укачивает. В иммерсии укачивания нет.

Но с первой ночи и со вторых суток начинается период острой адаптации. Когда начинает болеть спина. То есть при горизонтальном положении в ванне, без опоры позвонки начинают немножко распрямляться. Это приводит к боли в спине. Не у всех испытателей и не у всех космонавтов спина болит. Но у большинства болит. У меня это тоже было. К счастью для меня, боль не была достаточно сильной. Я спокойно ее переносил (просто было ноющее ощущение в спине).

Следующий эффект: из-за перераспределения жидкостей и того, что в ванне вода давит на брюшную полость, начинается так называемое «газообразование», вздутие живота, которое приводит к неприятным ощущениям. Это есть у некоторых людей на орбите (не у всех опять же — бывает, что спокойно с этим справляются) и у некоторых испытателей. У меня как раз было газовыделение. Было вздутие живота. Я отношусь к тем людям, у которых на живот оказывается большее воздействие в период острой адаптации, чем на спину. Я считаю, что это все-таки лучше. Болящая спина вызывает у меня меньший оптимизм, а вот с болящим животом удалось смириться.

Соответственно, идет распределение жидкостей. Это тоже влияет. Ноги находятся без нагрузки — они свободно «парят» в воде. Субъективно ощущения в этой ванне были разными. В какие-то периоды я словно замирал, лежал на чем-то плотном, как будто там мелкий песок или нечто подобное, и не чувствовал воду. Были такие моменты, когда тело полностью замирало и я не чувствовал, что лежу в воде (что под пленкой вода). А бывало и наоборот, особенно ночью, когда я четко чувствовал: да, вода. Я в ней двигался, немножко бултыхался. Трудно было найти какую-то опору спросонья.

Сон в сухой иммерсии нарушается. В первые ночи было очень тяжело. Я спал всего два часа. Для меня, как и для многих других испытателей, самое сложное — это первая ночь и вторые сутки. Это как раз тот момент, когда начинается острая адаптация. У космонавтов наблюдается примерно то же самое. У них есть проблемы со сном. В первые ночи они мало спят. Но дальше организм адаптируется. К примеру, на третьи-четвертые сутки мне стало лучше. И на пятые сутки, перед выходом «обратно на Землю», мне стало совсем хорошо. То есть прошла адаптация, началась эйфория от того, что я скоро выйду. Было совсем хорошо.

Соответственно, я не просто так лежал в ванне (и другие испытатели там лежат не просто так). Перед экспериментом по пятисуточной иммерсии все испытатели в течение недели (и особенно три дня до погружения) проходят большое количество исследований. Это так называемое снятие фонов. Ученых интересуют показания организма, которые обычно в жизни у здорового испытателя есть. То есть для многих экспериментов снимается работа сердца, как человек ходит, как он стоит (это поза), как жмет динамометр, какое у него зрение, как у него работают капилляры и кровеносная система. Все это записывается для того, чтобы потом сравнить после пяти суток иммерсии.

Во время самой иммерсии также испытателя изучают. Это не скучно. То есть ты не просто так лежишь. Кроме бытовых моментов (поесть и сходить в туалет) в иммерсии человек все время находится в ванне. Малую нужду нужно справлять в утку, а «по-большому» и основные гигиенические процедуры — 15 минут вечером каждые сутки.

Это напоминает пит-стоп в «Формуле-1», когда тебя окружают три или четыре человека, поднимают тебя из ванны, измеряют твой рост и массу, затем они тебя запускают в туалет. Ты быстро-быстро, самостоятельно, на специальной кушетке, лежа горизонтально, моешься в душе. Там есть полотенце. Ты вытираешься лежа. Тебе завозят потом одежду. Ты укрыт полотенчиком. Тебе приносят одежду, трусы и носки. Ты переодеваешься сам. Тебя вывозят срочно, погружают в ванну обратно. Все это за 15 минут. Каждый день выделяется четверть часа на то, чтобы справить основные гигиенические процедуры. Все остальное время испытатель находится в ванне в безопорном состоянии.

Отдельные методики требуют на одну-две минуты поднять в опорное положение, чтобы получить доступ к телу испытателя. Но это бывает один раз в двое суток. Это время фиксируется на секундомер и записывается в журнал к врачу, в журнал испытателя. Все остальное время человек находится без опоры, в ванне, и также исполняет большое количество сессий самых разных экспериментов.

Несколько десятков ученых из ИМБП занимаются испытателем все пять суток. Но самое важное время — это пятые сутки. Как раз тогда начинаются основные эффекты в невесомости. Человек адаптируется к невесомости. Его мышцы уже сильно расслаблены. Начинается потеря мышечной массы. Как я читал, примерно до 15% мышечной массы теряется, поскольку они не используются, а просто парят — не опираются и т.д.

Ученым очень важно посмотреть, как человек себя чувствует на пятые сутки. Тоже много сессий экспериментов на пятые сутки. И первые часы после выемки после пяти суток иммерсии тоже очень ценны. Ряд экспериментов показывает, как человек себя чувствует, как он сохраняет позу, как он ходит после этого всего. Там есть активная ортопроба для другого эксперимента, ортопроба на специальном столе, когда человек лежит 15 минут, потом он поднимается, стоит.

Я чувствовал, как у меня кровь просто уходит от головы. Я донор крови. Бывает такое ощущение, когда я сдал 450 мл донорской крови. И при данной процедуре в голове те же самые ощущения были. Кровь от нее отходит, как на этих ортопробах. 10 минут простоять после иммерсии достаточно сложно. Я как сейчас помню: у меня тряслись ноги. С пятой минуты, когда я отстоял половину этого срока активной ортопробы, у меня начала болеть голова. У меня тряслись ноги, но я выдержал — все хорошо. Я смог адаптироваться к гравитации обратно.

Многие спрашивают, почему эксперименты по сухой иммерсии все еще продолжаются? Ведь люди давно летают в космос. И вроде бы разработаны все методы по компенсации невесомости. Но, на самом деле, надо понимать, что появляются новые методики, у ученых появляется новое, более точное оборудование. И все-таки та статистика, которая была набрана за длительный срок, небольшая все равно. Конечно же, эти эксперименты будут продолжаться дальше.

Космонавт-испытатель, глава летно-испытательного отдела фирмы С.П. Королева Марк Серов делится своими ощущениями пребывания в безопорном пространстве сухой иммерсии прямо с места событий:

— С точки зрения моей основной работы, деятельности — создания перспективных космических средств, проектирования деятельности космонавтов на борту космических аппаратов, эргономического обеспечения — мне интересны как раз всякие такие модельные эксперименты. И сухие иммерсии с моделированием безопорного пространства, и гермокамерные эксперименты с изоляцией. Это всевозможные другие модельные экспериментальные отработки и эксперименты, которые в комплексе, если их связать, помогут как раз еще на Земле отработать многие важные вещи, сымитировав все факторы, которые влияют на экипаж в длительной экспедиции. В нашем случае — это в рамках «Лунной программы», над которой мы сейчас начинаем работать. Вот почему я здесь.

Если говорить о том, какие ощущения я, собственно, испытываю, чем можно поделиться… Действительно, мои старшие товарищи, космонавты-испытатели, которые неоднократно бывали в космосе, а до этого участвовали в подобных экспериментах, говорят: есть корреляция, есть похожие реакции организма. И среди них можно назвать самые главные: это, конечно, безопорность, гиподинамия (то, что я нахожусь в безопорном и облегченном, казалось бы, для организма состоянии, в такой среде). На самом деле это заставляет организм реагировать и адаптироваться к этому. Выводится лишняя влага. Начинаются изменения в опорно-двигательном аппарате, в мышечной системе. Возникают болевые синдромы, мигрени и многие разные такие прелести, которые, к счастью, достаточно быстро проходят, если человек терпелив. Он это может перетерпеть, и через некоторый промежуток остается время не на страдания, а на работу (совместную работу с исследователями, которые здесь практически непрерывно проводят программу научных экспериментов, в том числе и в интересах клинической медицины).

Вы сами видели — не только в интересах космонавтики, но в том числе в интересах земных приложений. Это тоже приятно, что космонавтика вносит свою лепту в повышение качества жизни простых граждан. Вернее, не простых, а земных граждан. Исследователи сравнивают состояние организма до нахождения в такой безопорной среде, до иммерсии, и после выхода из нее. Основная часть экспериментов как раз осуществляется на фонах — предфонах и постфонах. В самой иммерсии экспериментов не так много, но они тоже есть. Это эксперимент, связанный, скажем, с изучением изменения, с динамикой изменения болевых порогов, так называемая альгометрия. Это исследования, связанные с измерением объема выдыхаемого воздуха и вообще процессов вдыхания, состояния функциональной дыхательной системы до эксперимента, во время эксперимента и после эксперимента. Это изучение всевозможных мышечных рефлексов, которые тоже изменяются и имеют свою динамику в гравитации и в безопорном пространстве. Всевозможный сбор биологических материалов для анализа гормонального уровня, биохимического анализа.

Психологические исследования, естественно, тоже… которые показывают, насколько такое состояние испытателя влияет на изменение, на динамику психологической структуры. Это тоже важно и интересно. Тоже большое влияние имеет — как для проектирования будущих космических миссий, так и для клинической практики с точки зрения работы с больными людьми, с инвалидами.

Если говорить о том, что будет после этого эксперимента, для оценки — там еще более интересные и динамичные эксперименты предполагаются, связанные с оценкой изменений даже не в опорно-двигательном аппарате, а в его системе управления. То есть насколько у человека меняется контроль его движений, сохранения тех или иных поз. Эта технология тоже интересна. Она связана с захватом движения, с переводом ее в компьютерную модель и, соответственно, анализом динамики до эксперимента, после эксперимента.

Надо сказать, что практически все — подавляющее большинство экспериментов, которые проводятся в рамках этой сухой иммерсии, также проводится на борту космической станции. Их проводят с членами основных экспедиций на МКС. И это еще один аспект, почему и мне тоже это интересно. С одной стороны, я знакомлюсь с этими методиками, с научной программой, больше в нее погружаюсь, разговариваю с исследователями, становлюсь таким соисполнителем, а не испытуемым. Больше испытателем и исследователем, чем «испытуемым № 7» (это здесь у меня такой номер).

Космические исследования проводятся не только для улучшения полетов в космос — они часто находят применение и в земной медицине. Эксперименты с сухой иммерсией помогают, например, в разработке методов поддержки мышечной системы стареющего поколения. Беседуем об этом с заведующей отделением сенсомоторной физиологии и профилактики ИМБП РАН Еленой Томиловской:

— Традиционно наш отдел занимается исследованиями влияния факторов космического полета и гравитационной разгрузки на сенсомоторные системы человека. И конечно, большинство наших исследований направлено на космические цели. Однако в данном случае мы работаем на земную медицину.

Довольно часто получается так, что исследования, которые проводятся в космической медицине, находят свое применение в медицине земной. И это как раз тот самый случай. Дело в том, что в настоящее время очень актуальной стала проблема старения и связанная с этим мышечная слабость у пожилых людей. Естественно, ученые ищут методы, которые могли бы поддержать мышечную систему стареющего поколения, а также придумать, каким бы образом можно было поддержать мышечные свойства у людей, которые не могут заниматься активными физическими тренировками.

В практике космических полетов, в системе профилактики негативных влияний невесомости есть такое средство, как электромиостимуляция (ЭМС). Есть два вида электромиостимуляции: высокочастотная и низкочастотная. Низкочастотная ЭМС направлена на поддержание тонической мускулатуры. То есть это те мышцы, которые обеспечивают вертикальную стойку, которые работают постоянно, с небольшим усилием и обладают большой выносливостью, но небольшой мышечной силой. То есть если вам нужно поднять штангу, эти мышцы не самое важное в данном процессе. Однако если вам нужно стоять, передвигаться в пространстве, эти мышцы становятся ключевыми.

У пожилых людей есть существенный дефицит в силовых свойствах данных мышц, а также в их выносливости. И нам пришла в голову идея: те средства, которые используют космонавты на борту, попробовать применить в земной клинике, поскольку у космонавтов есть та же проблема. А именно — проблема недогруженности вследствие специфических свойств окружающей среды. В невесомости не нужно поддерживать позу. В невесомости в принципе нет необходимости в позднотонической мускулатуре. Там движения в основном динамические: если нужно что-то передвинуть, куда-то переместиться, не требуется постоянный тонус мышц. Именно поэтому тоническая мускулатура в невесомости теряет свои свойства и ослабляется. Естественно, ее нужно поддерживать.

Разумеется, самым главным средством профилактики являются активные физические тренировки. Однако если у космонавта нет времени или нет каких-то возможностей в случае, скажем, форс-мажора по операторской загруженности, существуют специальные пассивные средства, такие как электромиостимуляция, которые могут на время заменить или дополнить физические нагрузки.

Практика космических полетов показала достаточно высокую эффективность электромиостимуляции в поддержании свойств позднотонической мускулатуры. Поэтому мы решили идти дальше и разрабатывать протоколы такой стимуляции для пожилых людей, для тех, кто страдает хронической сердечной недостаточностью (такие люди тоже не могут заниматься активными физическими тренировками). Для того чтобы ввести здорового добровольца в состояние декондиционирования, то есть разгрузки, мы применяем модель сухой иммерсии, которая применяется в нашем институте и была здесь разработана еще в начале 70-х годов прошлого века.

И эта модель позволяет очень быстро воспроизвести эффекты гравитационной разгрузки, опорной разгрузки, аксиальной разгрузки на организм человека. Поэтому мы привлекаем здоровых добровольцев, погружаем их в иммерсию на пять суток и на фоне этого воздействия проводим сеанс электромиостимуляции, чтобы разработать специальные протоколы, действительно эффективные и действенные в предотвращении тех изменений, которые мы видим после иммерсионных погружений или космических полетов. Эта работа проводится в рамках проекта, поддерживаемого Министерством образования и науки Российской Федерации. Нужно сказать, что это грант, совместный с университетом города Берн (Швейцария). Мы ведем эту разработку параллельно вместе с ними. Они в основном концентрируются на пациентах после инсульта. А мы разрабатываем протоколы в основном для пожилых людей и лиц, страдающих хронической сердечной недостаточностью. Естественно, мы работаем в тесной кооперации. Мы стараемся разработать единый протокол для всех этих категорий больных. И результатом нашей работы будут подробные протоколы, которые можно будет использовать в клинике и самостоятельно пожилыми людьми для того, чтобы поддерживать мышечные свойства нужных нам постуральных мышц.

Добавить в закладки
Комментарии
...
Вам понравилась публикация?
Расскажите что вы думаете и мы подберем подходящие материалы