Глава Космической Нации Асгардия Игорь Ашурбейли посетил Институт медико-биологических проблем РАН и осмотрел испытания по методике сухой иммерсии. Декабрь 2023 года

Для изучения невесомости на Земле используют кратковременную реальную невесомость и длительную имитацию её эффектов.

Когда самолёт-лаборатория летит по параболе, резко взмывая вверх и затем уходя вниз, внутри него создаётся состояние невесомости длительностью 20–30 секунд. За один полёт таких «горок» можно выполнить больше десятка. Этого хватает, чтобы отработать навыки, изучить первые реакции организма и проверить оборудование.

Исследования долгосрочных последствий могут длиться недели или месяцы, и настоящая невесомость для них не нужна. Основной метод – строгий постельный режим, при этом изголовье кровати находится ниже ног – под углом 6 градусов. В телах добровольцев происходят процессы, подобные тем, что происходят в организмах космонавтов в космосе: жидкость перераспределяется к голове, мышцы атрофируются, кости теряют кальций. Модель подходит для изучения способов противодействия этим изменениям (тренажёры, лекарства, диета).

Ещё один эффективный способ – иммерсия, или погружение в воду, голова испытуемого при этом остаётся над поверхностью. Так же, как и в невесомости, погружённый в воду человек ни на что не опирается. Равномерное давление воды вызывает перераспределение жидкостей в организме, что позволяет исследовать изменения в работе сердца и сосудов.

Однако долго проводить такие эксперименты нельзя: начинается мацерация (набухание) кожи и другие неблагоприятные эффекты. Без последствий для организма водная иммерсия может длиться не дольше суток, максимум двух.

Следующим шагом стали разработанные специальные костюмы с надувными воротниками под голову, но они создавали сложности с проведением необходимых исследований и измерений, а также личной гигиеной испытателей.

Решение нашлось в применении специальной плёнки, которой покрывают ванну с тёплой водой. При этом плёнка не натягивается, а свободно облегает тело, погружённое в толщу воды, что полностью лишает его опоры. Модель сухой иммерсии придумали сотрудники московского Института медико-биологических проблем (ИМБП) Е. Б. Шульженко и И. Ф. Виль Вильямс в 1970-х годах. Сухая иммерсия решала задачу глубокого изучения эффектов невесомости при подготовке системы профилактики для космических полётов и позволяла работать с большим количеством людей.

Первые эксперименты показали, что применять эту модель можно очень долго – так, самая длительная иммерсия продолжалась 56 суток, и подтвердили, что именно отсутствие опоры запускает в организме целый ряд негативных изменений, которые наблюдаются и после космических полётов.

Учёные практиковали иммерсию разной продолжительности – от нескольких часов до нескольких недель. Не так давно был проведён 21-суточный эксперимент, чтобы отделить острые эффекты устранения опоры от хронических. Поскольку космические полёты становятся всё длиннее, важно понимать, как фактор безопорности воздействует на организм в долгосрочной перспективе.

Почему нужны не только участники, но и участницы экспериментов

Елена Томиловская, заведующая отделом сенсорно-моторной физиологии и контрмер Института медико-биологических проблем РАН:

– До 2020 года эксперименты шли только с участием мужчин. Это было оправдано, поскольку женщин-космонавтов было немного, и учёные концентрировались на том контингенте, который летает, подбирая добровольцев схожего возраста и телосложения для корректного сравнения. Однако с увеличением числа женщин в космосе возникла необходимость изучить и женскую физиологию.

Виктория Кириченко в эксперименте с сухой иммерсией

В 2020 году ИМБП впервые провёл женскую иммерсию – сначала трёхсуточную, а затем и пятисуточную с участием довольно большого числа испытуемых. Среди них была Виктория Кириченко, резидент Асгардии и первый испытатель от Космической Нации, врач экипажа проекта SIRIUS-21. Она участвовала в обоих экспериментах.

По основным системам организма существенной разницы между мужчинами и женщинами выявлено не было. Но, как оказалось, женщины меньше мучаются болями в спине, которые обычно наблюдаются у испытуемых в первые 2−3 дня. Дело в том, что мышцы, которые окружают и поддерживают позвоночник, в отсутствие нагрузки начинают сокращаться, спазмироваться. И чем лучше у человека проработан мышечный каркас спины, тем больший дискомфорт он будет испытывать в первые дни. Но наш организм очень пластичен, он прекрасно адаптируется, и через три дня боль проходит у всех. Тем не менее у женщин в условиях иммерсии наблюдается меньше проблем со спиной – возможно, из-за того, что мышцы у них обычно проработаны хуже.

Кроме того, интересные и очень яркие результаты были получены по системам, специфичным для женщин. Эти данные особенно важны для Асгардии, чья миссия напрямую связана с репродуктивным здоровьем в условиях космоса.

Сухое погружение – одна из наиболее широко используемых наземных моделей микрогравитации

Побочные эффекты невесомости…

В ходе экспериментов изучается реакция всех систем организма. Обычно проводится порядка 30 исследований с привлечением различных лабораторий и институтов. Учёные исследуют фундаментальные механизмы, лежащие в основе устранения опоры и снижения двигательной нагрузки, и отрабатывают системы профилактики негативного воздействия.

Один из самых быстрых эффектов – резкое снижение мышечного тонуса. В воде, как и в невесомости, мозг перестаёт получать сигналы об опоре, и буквально в течение 40 минут мышцы полностью расслабляются. Достигнуть такого расслабления на Земле другим способом практически невозможно – даже когда человек лежит на кровати, ряд мышц остаётся напряжённым.

Второй эффект связан с перераспределением жидкости. Давление воды вызывает прилив жидкости к голове, правда, в меньшей степени, чем в реальной невесомости. В ответ организм включает рефлекторные механизмы, которые усиливают функцию почек, чтобы отогнать жидкость от мозга и не допустить отёка.

Третий эффект невесомости – увеличение роста человека за счёт отсутствия вертикальной нагрузки, которая сплющивает позвоночник и делает его короче. Эффект достаточно быстрый: за два дня увеличение длины позвоночника может достигать четырёх сантиметров. Правда, после выхода из иммерсии эффект сохраняется до суток, и человек снова становится прежнего роста.

Динамика негативных изменений зависит от системы организма. Значимые изменения в костной системе проявляются не ранее чем через 2–3 недели и восстанавливаются довольно долго. А вот изменения в сенсомоторной системе, отвечающей за поддержание позы, регистрируются уже через 6 часов после начала иммерсии.

После 2–3 дней иммерсии ортостатическая неустойчивость становится видна невооружённым глазом: человеку трудно стоять вертикально из-за нарушений в работе сердечно-сосудистой системы и механизмов поддержания сосудистого тонуса в нижних конечностях.

Все наши системы управления движением и ориентации в пространстве подстроены под гравитацию. Если убрать этот фактор, они начинают расшатываться и перестраиваться под новые условия. Резкое возвращение к гравитации требует времени на восстановление – организму нужно вспомнить, как ходить, как стоять, как двигаться и ориентироваться в гравитационном поле. На то, чтобы снова чувствовать себя уверенно, требуется от нескольких дней после короткого полёта до нескольких месяцев после длительной миссии.

…и их профилактика

Модель сухой иммерсии доказала эффективность как в плане превентивных мер, так и для реабилитации. Результаты экспериментов помогают «включить реверс» и нивелировать негативное воздействие исследуемых факторов на испытуемых как проекцию реальных космонавтов.

Следующим вопросом становится уже реабилитация после такого воздействия, определение её сроков. Насколько быстро восстановится система поддержания позы, если ничего не делать? А если подключить двигательную активность, включать небольшие тренировки?

 

«Конечно, мы не можем поместить в иммерсию, например, беговую дорожку и проверить, насколько бег влияет на регистрируемые изменения, – рассказывает Елена Томиловская, – но мы можем отрабатывать пассивные средства, которые можно применять без отрыва от операторской деятельности космонавтов. Они опробованы на МКС и постоянно совершенствуются. Так, для отработки правильных режимов нагрузки используются нагрузочный костюм «Пингвин» и компенсатор опорной разгрузки – искусственная опора для стоп поочерёдно давит на пяточную и предплюсневую области обеих ног, создавая эффект ходьбы. Для тренировки мышц применяют электромиостимуляцию, для перемещения крови к ногам – создание отрицательного давления на нижнюю часть тела».

Проводились также эксперименты с центрифугой короткого радиуса: раз в три дня испытуемого выкатывали на центрифугу, создавали гравитационную нагрузку и возвращали обратно в иммерсию. Искусственная гравитация помогала замедлить негативные изменения. А сравнение состояния людей после иммерсии с профилактикой и без неё позволяет учёным прогнозировать изменения и подобрать оптимальные режимы.

Космические технологии в земной медицине

Модель сухой иммерсии оказалась полезна не только для космической медицины, но и для земной. В воде происходит практически мгновенное снижение мышечного тонуса, что нашло применение в реабилитации людей с мышечной спастикой и детей с детским церебральным параличом. Это не лечение, а физиотерапевтическое средство, которое применяют перед сеансом лечебной физкультуры, чтобы расслабить постоянно напряжённые мышцы и сделать последующие упражнения возможными.

Ваннами с сухой иммерсией оснащены многие реабилитационные центры, которые успешно применяют эту методику. Метод также применяется в спортивной реабилитации для перетренированных спортсменов, чтобы расслабить «забитые» мышцы.

Короткие погружения по 45–60 минут используются как естественный диуретик для пациентов, которым нельзя принимать медикаменты, в том числе для новорождённых. Перераспределение жидкости запускает природные механизмы усиления функции почек.

Как прожить неделю и больше в сухом бассейне

Условия отличаются от, например, изоляционных экспериментов. Когда испытуемый свободен от медицинских процедур, он может разговаривать по телефону, общаться с дежурной бригадой, смотреть фильмы. Главное – находиться в созданных физических условиях: погружённым в толщу воды, без опоры, не двигаться и соблюдать режим сна.

Приём пищи также происходит в ванной; чтобы испытуемый мог принять полувертикальное положение, сотрудники института подкладывают под голову и шею подушку. Еду приносят на подносе на специальной подставке, пища совершенно обычная, не сублимированная. Правда, был совместный эксперимент с немецкими исследователями по изучению обмена кальция, где добровольцы питались космической едой, но такие исследования не являются основными для ИМБП. 

Для гигиены разработаны специальные решения. Душ принимают горизонтально, испытуемого доставляют туда на каталке. Одно из значительных неудобств – туалетный вопрос, что особенно важно для женщин. От использования подгузников или катетеров отказались из-за неудобства и риска инфекций. В итоге у мужчин всё происходит так же, как в отделении для лежачих больных; а для женщин разработали специальный вакуумный прибор, аналогичный космическому туалету.

Помимо неограниченной связи с близкими, пережить длительные эксперименты помогает психологическая поддержка. Часто её осуществляют с использованием шлемов или очков виртуальной реальности, подстраивая контент таким образом, чтобы не было опоры – в основном это сюжеты плавания или полёта. По словам Елены Томиловской, это оказывает очень хороший эффект на психологическое состояние «космонавтов».

В ванне только девушки

Проведение женских иммерсий открыло новые горизонты для исследований репродуктивной системы, что напрямую соотносится с миссией Асгардии. Было выявлено много нюансов, касающихся именно женщин, их психологического состояния, гормонального статуса. Наиболее интересные результаты получили в области микробиома, но это уже тема для отдельного рассказа.

Словом, сухая иммерсия – это не просто ванна для космонавтов, а ключ к пониманию того, как наше тело поведёт себя в космосе. Изучая фундаментальные физиологические процессы, учёные смогут создавать эффективные средства противодействия космическим факторам для будущих длительных миссий, приближая человечество к рождению первого ребёнка в космосе.