СОДЕРЖАНИЕ
Обзоры
Орлов О.И., Швед Д.М., Гущин В.И., Бубеев Ю.А., Попова Ю.А., Маркин А.А., Рыкова М.П., Ильин В.К., Пономарёв С.А. Психологические и физиологические аспекты экспериментов с изоляцией (по материалам российских исследований)
|
|
|
В работе представлен краткий обзор экспериментов с участием испытателей-добровольцев по изоляции в герметично замкнутых камерах и в макетах космических кораблей с моделированием различных факторов и ситуаций, сопровождающих космический полет, осуществленных на базе ГНЦ РФ – ИМБП РАН. Приведены основные результаты исследований воздействия комплекса изоляционных факторов в области психофизиологии, физиологии, биохимии, иммунологии и микробиологии. Полученный материал свидетельствует о перспективности проведения экспериментов, воспроизводящих неблагоприятные факторы изоляции в гермокамерах ограниченного объема с управляемой искусственной средой обитания, в интересах медицинского обеспечения космических полетов за пределы низкой околоземной орбиты.
Ключевые слова: космический полет, аналоговые исследования, изоляция в гермообъекте.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 5-19.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-5-19
|
|
|
Баранов В.М. Эволюция взглядов на физиологию дыхания в невесомости
|
|
|
Обобщены результаты многолетних собственных исследований респираторной системы человека на борту космических объектов. Проведен анализ и сравнение полученных результатов с результатами других авторов, также проводивших исследования системы дыхания в невесомости. Описана логика постановки космических экспериментов, их последовательность, постепенное накопление знаний о физиологии дыхания в невесомости.
В невесомости изменяется структура легочных объемов, объемно-скоростные параметры дыхания, нарушается биомеханика сокращения дыхательных мышц, что может способствовать утомлению дыхательной мускулатуры и ослаблению проприоцептивных влияний на дыхательный центр. В паттерне дыхания происходит изменение соотношения торакального и абдоминального компонентов в сторону абдоминального. Микрогравитация влияет на способность космонавтов к произвольному управлению дыхательными движениями, снижает чувствительность центрального дыхательного механизма к эндогенной гипоксии и гиперкапнии.
Величина установленных отклонений от земных параметров не является критичной для здоровья и работоспособности космонавтов. Однако в комплексе они могут усиливать отрицательный эффект гипоксемии в невесомости, отмеченный рядом авторов, и служить причиной снижения физической работоспособности в космическом полете и, особенно, после его окончания.
Ключевые слова: космический полет, невесомость, регуляция дыхания, легочные объемы, газообмен.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 20-30.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-20-30
|
|
|
Андреева Е.Р., Якубец Д.А., Буравкова Л.Б. Молекулярные механизмы гравичувствительности: от клеток к внеклеточному матриксу
|
|
|
Депривация гравитационного стимула является одним из основных факторов риска в космических полетах. Медико-биологические исследования показывают, что в результате длительного действия невесомости у астронавтов и космонавтов возникают неблагоприятные изменения многих физиологических систем (потеря костной массы, мышечная атрофия, сердечно-сосудистая недостаточность, нарушения сенсомоторной координации и др.). Физиологические и патофизиологические механизмы ответа на воздействие микрогравитации на различных уровнях организации (молекулярном, клеточном, тканевом, организменном) и последующей адаптации активно исследуются.
В условиях постоянно действующего гравитационного поля Земли у многоклеточных сформировался многокомпонентный механорецепторный аппарат, включающий клеточные (нуклео- и цитоскелет) и внеклеточные (соединительно-тканный матрикс) «механосенсорные» элементы. Координация функций компартментов этого аппарата осуществляется за счет специализированных белковых комплексов, образуя механорецепторную единицу. При отмене постоянно действующей гравитационной нагрузки эта единица будет основой для процессов адаптации, выступая своего рода комплексным гравирецептором. Поскольку ограничения, накладываемые условиями космических полетов, не позволяют проводить масштабные исследования в космосе, моделирование на Земле имеет особое значение для выяснения механизмов, обеспечивающих ответ на микрогравитацию.
В обзоре проанализированы современные представления о молекулярных механизмах гравичувствительности и ответа клеток на микрогравитацию в условиях реальной и моделируемой микрогравитации и обсуждены направления дальнейших исследований в этой области.
Ключевые слова: механорецепция, гравирецепция, микрогравитация, моделирование, внеклеточный матрикс.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 31-42.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-31-42
|
|
|
Ларина И.М., Пастушкова Л.Х., Гончарова А.Г., Каширина Д.Н. Пилотируемый космический полет и исследования в области протеомики
|
|
|
Обзор содержит обобщение данных, полученных лабораторией протеомики ГНЦ РФ – ИМБП РАН за последнюю декаду, как результаты экспериментов в реальном космическом полете (КП), так и наземных модельных исследованиях.
Использование методов протеомики на основе масс-cпектрометрии, включая панорамный, полуколичественный и количественный подходы к анализу образцов биологических жидкостей тела человека, позволило прояснить молекулярные механизмы, в том числе выявить сети молекулярных взаимодействий, участвующие в адаптивном ответе организма здорового человека на экстремальные условия орбитального полета, зимовки в Антарктиде, модельных экспериментов на Земле (антиортостатической гипокинезии (АНОГ), «сухой» иммерсии (СИ), изоляции в гермообъекте, испытаний в гипомагнитной установке и на центрифуге короткого радиуса).
Исследования протеома позволили определить общие звенья патогенеза процесса адаптации к условиям экстремального характера. У космонавтов характер модификации протеома крови зависел от кратности полета. Выявлено возрастание частоты окислительных модификаций белков, индуцируемое факторами КП. Определен характер путей адаптации сердечно-сосудистой системы в зависимости от преимущественного влияния симпатического или парасимпатического звеньев вегетативной нервной системы. Установлен характер ответной реакции организма: изменения на уровне протеома крови, снижение ортостатической устойчивости после АНОГ, появление нежелательных сосудистых осложнений после СИ, эндотелиальная дисфункция. В перспективе проведение исследований с использованием ОМИК-технологий целесообразно для стратификации рисков и разработки методов профилактики для обеспечения безопасности сверхдлительных пилотируемых полетов к планетам земной группы Солнечной системы.
Ключевые слова: протеомика, космический полет, антиортостатическая гипокинезия, «сухая» иммерсия, изоляция, гипомагнитные условия.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 43-58.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-43-58
|
|
|
Огнева И.В. Влияние факторов космического полета на репродуктивную систему
|
|
|
Влияние факторов космического полета на мужскую и особенно женскую репродуктивные системы на сегодняшний день практически не изучено, что, по-видимому, связано с низкой вероятностью развития в них жизнеугрожающих патологических состояний. Актуальность изучения данного вопроса постепенно возрастает ввиду увеличения длительности полета и в ряде случаев возраста космонавтов, поскольку здоровое старение не в последнюю очередь зависит от состояния репродуктивной системы. Освоение дальнего космоса в будущем поставит вопрос о реализации репродуктивной функции после полета за пределы магнитосферы Земли.
В обзоре представлены современные данные о влиянии факторов космического полета на органы репродуктивной системы и половые клетки различных видов животных и человека.
Ключевые слова: невесомость, гипергравитация, ооцит, сперматозоид, эмбрион.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 59-66.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-59-66
|
|
|
Рюмин О.О., Бубеев Ю.А. Психологическое сопровождение экипажей длительных межпланетных экспедиций: история и перспективы
|
|
|
В работе представлен обзор исторического развития отечественной системы психологического сопровождения экипажей от момента своего становления к периоду реальных орбитальных космических полетов различной продолжительности. Рассмотрены риски пилотируемых полетов вне низких орбит и проблемы поддержания благоприятного психического состояния в условиях полета и непосредственно после него, а также и те, с которыми могут столкнуться экипажи экспедиций в процессе пилотируемых миссий и пребывании на других планетах. Все это актуализирует дальнейшие аналоговые исследования, направленные на разработку, апробацию и внедрение в практику медико-психологического сопровождения межпланетных полетов новой научной концепции психологической поддержки экипажей, построенной с использованием инновационных технологий.
Ключевые слова: космический полет, аналоговые исследования, экипаж, изоляция, гермообъект, автономность, психологическая поддержка.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 67-74.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-67-74
|
|
|
Сычев В.Н. Исследования систем жизнеобеспечения на основе биогенных механизмов в Институте медико-биологических проблем РАН
|
|
|
В статье представлен обзор исследований, проводимых в ГНЦ РФ – ИМБП РАН по созданию биологической системы жизнеобеспечения (БСЖО) человека. Предлагаются модели БСЖО «человек – одноклеточные водоросли – минерализация». Рассмотрены возможные компоненты БСЖО (низшие и высшие автотрофные организмы, гетеротрофные организмы) в условиях космического полета; перспективы использования биогенных механизмов при регенерации среды обитания человека; проблемы, которые необходимо решить при включении биогенных механизмов в системы жизнеобеспечения космических экипажей.
Исследования в области создания БСЖО являются, без преувеличения, исследованиями практически во всех областях биологической науки и касаются других областей знаний. При освоении дальнего космоса проблема БСЖО снова выйдет на первый план. Без такой системы человек не сможет оторваться от Земли. Сегодня работы по этому направлению продолжаются и полученные в исследованиях результаты вносят свой вклад в решение задач будущего.
Ключевые слова: космические экипажи, биологические системы жизнеобеспечения, биогенные механизмы, автотрофные организмы, гетеротрофные организмы.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 75-84.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-75-84
|
|
|
Фомина Г.А., Сальников А.В., Колотева М.И. Изучение сердечно?сосудистой системы человека с помощью ультразвуковых методов в космических полетах: основные результаты и перспективы исследований
|
|
|
Комплексные ультразвуковые исследования сердечно-сосудистой системы космонавтов (эхокардиография, 2D-эхография и доплерография сосудов) в состоянии относительного покоя и исследования реакции гемодинамики на воздействие отрицательного давления на нижнюю половину тела (ОДНТ) методом доплерографиии мозговых и бедренных артерий выполнены у 26 космонавтов до, во время и после космических полетов (КП) длительностью от 8 до 438 сут. Выполнено более 200 исследований в состоянии покоя и 124 ? при воздействии ОДНТ. Установлено, что «антигравитационная» регуляция сосудистого тонуса человека при попадании его в условия невесомости постепенно утрачивается как невостребованная. Отсутствие гравитационных стимулов приводит к снижению резистентности артериальных сосудов во всех сосудистых регионах ниже уровня сердца, перемещению крови в области с низким сопротивлением сосудов, венозному застою в цервикоцефалическом и абдоминальном регионах, увеличению емкости и растяжимости вен ног. Однако жизненно важные параметры гемодинамики, такие, как насосная функция сердца, кровоснабжение мозга, артериальное давление и ЧСС, остаются стабильными даже при длительном пребывании в невесомости.
Данные, полученные в ходе КП с помощью ультразвуковых исследований гемодинамики при пробах с воздействием ОДНТ, свидетельствуют о нарастающем в ходе длительных КП ухудшении способности бедренных артерий препятствовать перемещению крови в сосуды ног при имитации ортостатического распределения крови. Снижение вазоконстрикторной способности артерий нижних конечностей в невесомости на фоне увеличения емкости и растяжимости вен ног являются важными составляющими ортостатической неустойчивости, развивающейся во время КП.
Регистрация кровотока одновременно в мозговых и бедренных артериях позволяет оценить реакцию гемодинамики на ортостатические воздействия (или их имитацию) и выявить начальные признаки ухудшения ортостатической устойчивости. Методика может быть применена при разработке новых методов профилактики ортостатической неустойчивости, для контроля их эффективности.
Ключевые слова: гемодинамика, невесомость, ортостатическая устойчивость.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 85-93.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-85-93
|
|
|
Савеко А.А., Рукавишников И.В., Лысова Н.Ю., Гришин А.П., Ярманова Е.Н., Томиловская Е.С. Сравнительный анализ характеристик ходьбы в условиях космического полета: активный и пассивный режим работы бегущей дорожки
|
|
|
Ходьба и бег на бегущей дорожке БД-2 в активном и пассивном режимах является основной частью российской системы профилактики на Международной космической станции (МКС). В активном режиме перемещению полотна дорожки способствует работа электропривода, в пассивном космонавт самостоятельно перемещает полотно дорожки c помощью силы ног. Одной из главных задач данного исследования является улучшение понимания физиологических аспектов этих тренировочных занятий. Цель исследования – сравнительный анализ данных биомеханических и электромиографических характеристик ходьбы в ходе длительных космических полетов (КП) в активном и пассивном режимах бегущей дорожки БД-2.
В исследовании приняли участие 22 космонавта в возрасте 45,7 ± 4,7 лет, которые совершили КП на борту МКС длительностью от 115 до 340 сут. Космонавты ежемесячно в ходе полета (не менее 4 раз) выполняли локомоторный тест. Два сеанса эксперимента были проведены до старта и 2 сеанса после посадки – на 8-е и 12-е сутки периода восстановления. Протокол локомоторного теста (3-минутная ходьба) выполняли дважды: в активном и пассивном режимах бегущей дорожки.
Для оценки биомеханических параметров ходьбы использовали данные подограммы, записанные датчиками давления, встроенными в измерительные стельки в обуви космонавтов. Также регистрировали электромиографическую активность 4 мышц: передней большеберцовой, камбаловидной, латеральной икроножной и четырехглавой мышцы бедра.
Результаты демонстрируют более высокие значения опорных реакций и электромиографической активности наиболее гравитационно-зависимой камбаловидной мышцы в пассивном режиме по сравнению с активным во всех экспериментальных сеансах, что, вероятно, связано с более тесным контактом стопы с поверхностью полотна дорожки в пассивном режиме и как следствие повышением интенсивности сигналов опорной афферентации. Интересным наблюдением является увеличение этой разницы в условиях невесомости.
Ключевые слова: ходьба, космический полет, профилактика, беговая дорожка, камбаловидная мышца, опорные реакции, сенсомоторная система.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 94-102.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-94-102
|
|
|
Шенкман Б.С. От активности к бездействию, и снова к активности. Сигнальные процессы в постуральной мышце в переходный период
|
|
|
У крыс в экспериментах с вывешиванием задних конечностей, при полете по параболе Кеплера, у человека при «сухой» иммерсии было неоднократно показано снижение, иногда вплоть до полного подавления, электрической активности камбаловидной мышцы. Прекращение активности, весьма сходное с состоянием временного физиологического покоя, который для m. soleus крысы в естественных условиях составляет 8–10 ч в сутки, в экспериментальных условиях продолжается значительно дольше, и может быть охарактеризовано как состояние бездействия. Уже после 24 ч бездействия наблюдается увеличение экспрессии ключевых мышечных Е3 убиквитинлигаз. Одновременно регистрируется снижение синтеза белка и параметров трансляционной емкости. При этом снижается экспрессия медленной изоформы тяжелых цепей миозина.
Цель представленного обзора – обобщение данных о динамике молекулярных событий, происходящих в постуральной m. soleus млекопитающего после прекращения ее сократительной активности. Изменения комплекса сигнальных путей в этот переходный период запускаются совокупностью молекулярных мессенджеров, непосредственно зависящих от сократительной активности. Выявлена роль увеличения концентрации АТФ и последующего снижения фосфорилирования АМФ-активируемой протеинкиназы (АМПК), экспрессии медленного миозина, регуляторов биогенеза митохондрий и рибосом и мембранного потенциала покоя на начальной стадии бездействия мышцы. АТФ-зависимые процессы способствуют снижению содержания NO и накоплению ионов Ca2+ в мышечных волокнах. Изменения именно этих мессенджеров лежат в основе дальнейшего развития атрофических изменений, трансформации миозинового фенотипа, атонии мышечных волокон и дисфункции митохондрий. В то же время в течение 3-х суток бездействия в результате еще недостаточно изученных изменений возбудимости спинальных мотонейронов постуральная мышца демонстрирует спонтанную активность с постепенно повышающейся амплитудой электромиографических сигналов.
Результаты исследований сигнальных процессов в постуральной мышце в переходный период от активности к бездействию и снова к автономной активности свидетельствуют о неоднородности и нелинейности этих процессов и о смене механизмов, лежащих в основе деструктивных событий.
Ключевые слова: m. soleus, бездействие, АТФ, АМПК, p70S6k, тяжелые цепи миозина, спонтанная активность.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 103-118.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-103-118
|
|
|
Штемберг А.С., Перевезенцев А.А., Лебедева-Георгиевская К.Б., Кудрин В.С., Беляева А.Г., Кузнецова О.С. Нейробиологические эффекты комбинированного действия радиационных и гравитационных факторов межпланетного полета в модельных экспериментах: итоги и перспективы
|
|
|
Обзор посвящен важнейшей, и в то же время наименее исследованной проблеме, нейробиологических эффектов комбинированного действия радиационных и гравитационных факторов межпланетного полета. Приводятся данные многолетних исследований авторов в этой области: изучение нейробиологических ответов центральной нервной системы на синхронное комбинированное воздействие ионизирующих излучений различного качества, моделирующих некоторые виды галактического космического излучения; результаты моделируемой микрогравитации в наземном эксперименте на крысах и приматах с помощью разработанной экспериментальной модели. Исследованы нейробиологические эффекты на разных уровнях организации центральной нервной системы: от молекулярного до интегративного (поведение животных). Показана роль длительности воздействия, типологических характеристик животных, а также сложность характера взаимодействия изучаемых факторов.
Ключевые слова: облучение, тяжелые ионы, гипогравитация, антиортостатическое вывешивание, нейрохимия, поведение.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 119-128.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-119-128
|
|
|
Шафиркин А.В., Бенгин В.В., Шуршаков В.А. Сопоставление с нормами радиационной безопасности уровней доз на критические органы тела человека при длительных полетах на орбитальных станциях «Мир» и МКС
|
|
|
В работе проанализированы измеренные штатными приборами усредненные за год мощности локальных тканевых поглощенных доз за 15 лет в течение 28 экспедиций на орбитальной станции (ОС) «Мир» и аналогичные данные за 22 года в процессе 67 экспедиций на Международной космической станции (МКС) при полетах в пределах 22–25 циклов солнечной активности (СА). Это большой массив ежесуточных измерений приборами дозиметрического контроля Р-16 (ионизационная камера D2) и 4 полупроводниковыми дозиметрами ДБ-8, расположенными в различных отсеках станции. Представлены также полученные в экспериментах и расчетные дозовые нагрузки (поглощенные и эквивалентные дозы) на кожу (КЖ), хрусталик глаза (ХГ) и кроветворную систему (КТС) космонавтов за сутки и за год полета. Показано, что для всех экспедиций на ОС «Мир» и МКС эквивалентные дозы на космонавтов для указанных тканей ниже нормативных значений доз для орбитальных полетов. Для большого числа экспедиций длительностью 6–8 мес эффективные дозы, эквивалентные дозы на КТС, ХГ и КЖ, не превышали даже более низкие пределы доз в соответствии с наземными нормами радиационной безопасности, применяемыми в атомной промышленности НРБ-99/2009. Максимальные же значения эквивалентных доз на ХГ и КЖ в случае годового полета не превышали 404 мЗв. Они меньше нормативных значений для космических полетов на 32 % для ХГ и в 5 раз меньше для КЖ.
Ключевые слова: орбитальные космические полеты, доза радиации на критические органы, суммарный радиационный риск, нормирование радиационного воздействия.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 129-140.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-129-140
|
|
|
Методики
Печкова М.Г., Кирюхина О.О., Виноградова О.Л., Тарасова О.С. Исследование сократительной активности портальной вены мыши в полетном эксперименте «Бион-М2»: обоснование актуальности и разработка экспериментальной модели
|
|
|
Перераспределение крови в сосудистой системе в условиях гравитационной разгрузки вызывает изменения венозного кровотока у человека и лабораторных животных, но связь таких изменений с изменением сократительной активности венозных стенок и возможные механизмы изменения сократимости изучены мало.
Цель данной работы – разработать экспериментальную установку и методику ее использования для исследования эффектов микрогравитации на венозные сосуды мышей, которые являются основным объектом полетных экспериментов с использованием животных.
Предлагаемая методика обеспечивает возможность регистрации сократительной активности продольного гладкомышечного слоя стенки портальной вены мыши и ее изменений при различных фармакологических воздействиях. Частота сокращений вены наиболее выражено изменяется при различных воздействиях по сравнению с такими показателями, как амплитуда сокращений и уровень развиваемого тонуса.
На основании полученных результатов будет разработан оптимальный экспериментальный протокол для изучения механизмов изменения венозной сократимости у мышей в полетном эксперименте «Бион-М2».
Ключевые слова: портальная вена, микрогравитация, адренорецепторы, холинорецепторы, пуринорецепторы, оксид азота.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 141-148.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-141-148
|
|
|
Носовский А.М., Попова О.В., Смирнов Ю.И. Современные технологии статистического анализа медицинских данных и способы их графического представления
|
|
|
Выбор оптимального статистического анализа данных является важной проблемой исследования. В статье представлена схема выбора статистических методов исследования для анализа медицинских данных, учитывающая тип анализируемых признаков и цель статистического анализа. Представлена схема выбора способа графического представления результатов исследования, учитывающая тип визуализируемых признаков и цель статистического анализа, при котором получен результат.
Представленные схемы позволяют исследователю систематизировать собственные знания в области статистического анализа медицинских данных и их графического представления, а также дают практический инструмент для быстрого выбора необходимых статистических методов и типов диаграмм.
Предлагаемая систематизация процессов выбора статистического метода для анализа медицинских данных и способа графического представления результатов исследований может применяться при проведении медицинских исследований и представлении их результатов в научных изданиях.
Ключевые слова: медицинские исследования, статистические методы, визуализация результатов, выбор метода, анализ данных.
Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57. № 5. С. 149-154.
DOI: 10.21687/0233-528X-2023-57-5-149-154
|
|
|
|