Доктор медицинских наук, профессор
Роман Маркович Б А Е В С К И Й

МОСКВА
ОКТЯБРЬ 2005

Когда готовился полет Ю.А. Гагарина на мою долю выпала разработка системы медицинского контроля, выбор методов исследования и создание бортовой аппаратуры. Это была очень ответственная миссия, которая выполнялась под непосредственным руководством Василия Васильевича Парина и Олега Георгиевича Газенко. Первый полет человека в космос ставил перед учеными и инженерами трудные и взаимно противоречивые проблемы. Ученые хотели получить как можно больше информации о реакции различных систем организма на воздействие факторов космического полета. Инженеры и конструкторы должны были резко ограничить пожелания ученых в связи с лимитированием объема и веса бортовой аппаратуры, ее энергопотребления и возможности передачи данных по телеметрическим каналам на Землю. Сергей Павлович Королев вначале выделил медикам всего один телеметрический канал, но затем, благодаря многочисленным поездкам в Подлипки и длительным переговорам, удалось получит целых четыре канала. Для того времени это была большая удача.

Аппаратура “Вега”, установленная на корабле “Восток”, в первом космическом полете обеспечивала регистрацию электрокардиограммы в двух отведениях, пневмограммы и пульсовых колебаний объема голени (плетизмограммы голени). Таким образом, программа медико-физиологических измерений в этом полете была практически полностью ориентирована на исследование системы кровообращения. Подобная ориентация сохраняется и до настоящего времени, поскольку сердечно-сосудистая система с ее регуляторным аппаратом может рассматриваться как индикатор адаптационных реакций всего организма. Этот подход был сформулирован и научно обоснован еще в 60-е годы (В.В. Парин, Р.М. Баевский, Ю.Н. Волков, О.Г. Газенко, 1967).

Однако в то время, в 60-е годы, нельзя было и мечтать об установке на борт космического корабля современной клинико-физиологической аппаратуры, а тем более о проведении сложных экспериментов в условиях космического полета. Уже тогда мы стали искать пути повышения информативности физиологических исследований в космосе. Одним из способов повышения информативности получаемых данных является развитие новых методов их анализа. Первые полеты в космос дали импульс созданию нового метода анализа электрокардиограммы - измерению колебаний длительности сердечного цикла от удара к удару. В условиях невесомости у животных была отмечена выраженная вариабельность ритма сердечных сокращений. Значительные колебания продолжительности кардиоинтервалов наблюдались и во время орбитальных полетов у Ю.А. Гагарина и Г.С. Титова. Эти изменения могут рассматриваться в связи с процессами управления в системе автоматического регулирования, где управляющим звеном является головной мозг, а управляемым – внутренние органы и анализаторы. Подобная концепция обеспечивает возможность экспериментального исследования процессов управления физиологическими процессами в организме путем изучения колебаний сердечного ритма и других показателей.

Возникшая в космической медицине около 40 лет назад идея анализа вариабельности RR-интервалов электрокардиограммы с целью изучения механизмов регуляции кровообращения оказалась очень плодотворной, и, как известно, в настоящее время анализ вариабельности сердечного ритма в нашей стране и во всем мире является одной из самых популярных методик и широко используется в различных областях медицины и физиологии. Общепризнано, что анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) является интегральным методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека и животных, в частности общей активности регуляторных механизмов, нейрогуморальной регуляции сердца, соотношения между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы. Текущая активность симпатического и парасимпатического отделов является результатом многоконтурной и многоуровневой реакции системы регуляции кровообращением, изменяющей во времени свои параметры для достижения оптимального приспособительного ответа, который отражает адаптационную реакцию целостного организма.

Благодаря исследованиям вегетативной регуляции кровообращения в космосе возникла и получила признание новая научная концепция оценки и прогнозирования функциональных состояний организма. Эта концепция, развиваемая в нашем институте более четверти века, становится все более популярной, приобретает все больше последователей. Она положена в основу принятой Минздравом России концепции здоровья и отраслевой программы укрепления здоровья здоровых людей (Приказы МЗ РФ № 113 и № 114 от 21.03.2003). Именно этому новому походу к оценке функциональных состояний организма и его развитию применительно к задачам космической медицины я и хотел бы посвятить свой доклад на торжественном заседании Ученого Совета Института в день его 42 - летия. На таких заседаниях уже стало традицией обсуждать наиболее значимые направления работы, наиболее важные достижения. Я думаю, что проблема оценки и прогнозирования функциональных состояний организма в длительных космических полетах представляет интерес не только для современной космонавтики, но и крайне важна для ее дальнейшего развития, поскольку, как сказал наш великий соотечественник К.Э. Циолковский “Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством, вначале робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет все околоземное пространство”.

1. Состояние здоровья как объект оценки и прогноза

Переход от здоровья к болезни не является внезапным. Между этими двумя состояниями организма имеется ряд переходных состояний, которые в настоящее время получили название “донозологических”. С тех пор как в 1978 году в Большой медицинской энциклопедии появился термин “диагноз донозологический” (Р.М. Баевский, В.П. Казначеев, 1978), изучение этих состояний стало более целенаправленным. Особенно большой вклад в развитие современных представлений о донозологических состояниях внесла космическая медицина. Это обусловлено тем, что для характеристики функциональных состояний космонавта, возникающих в условиях космического полета, явно недостаточны только две оценочные категории “здоровье” и “болезнь”. Современная медицина занимается в основном состояниями болезни, разрабатывая все более совершенные методы их диагностики и лечения. Здоровье как объект исследований является преимущественно прерогативой физиологов, поскольку врач, к сожалению, признает лишь наличие или отсутствие болезни.

Исследование переходных состояний между здоровьем и болезнью означает изучение самого процесса такого перехода, знание тех этапов, стадий, фаз, которые, как ступеньки, ведут от здоровья к болезни. Переход от нормального физиологического состояния болезненному, патологическому - это переход от одного качественного состояния к другому, или макроскачек. Но в рамках этого макроскачка может быть несколько качественных превращений в виде микроскачков (Г.И. Царегородцев, 1966). Применительно к этому уместно привести крылатую фразу В. Гете “Говорят, будто между двумя противоположными мнениями лежит истина. Ни в коем случае! Между ними лежит проблема”. Проблема, которую мы обсуждаем, относится к наиболее сложному объекту природы - организму человека, функциональное состояние которого формируется в результате его взаимодействия с окружающей средой, т.е. является результатом процесса адаптации организма к условиям среды. И.М. Сеченов писал: “Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него”. По представлениям И.П. Павлова “…животный организм как система существует среди окружающей природы только благодаря непрерывному уравновешиванию этой системы с внешней средой, т.е. благодаря определенным реакциям живой системы на падающие на нее раздражения”. Таким образом, переходные между здоровьем и болезнью так называемые донозологические состояния следует рассматривать как процесс последовательного перехода организма через разные степени адаптации к условиям среды, как качественные микроскачки, предшествующие макроскачку.

Существует значительное число определений здоровья. В большинстве случаев все они исходят из того, что здоровье является конкретным, качественно специфическим состоянием человеческого организма, обеспечивающим достижение им своего функционального оптимума. Этот оптимум отражает двойственную - биологическую и социальную природу человека и определяется соответствующими внутренними и внешними условиями (возраст, пол, профессия, наследственность, географические, социальные, экономические и другие факторы). В уставе Всемирной Организации Здравоохранения здоровье определяется как состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не только как отсутствие болезни или физических дефектов. В общебиологическом плане здоровье - это гармоническое единство всевозможных обменных процессов между организмом и окружающей средой и, как результат этого, согласованное течение разнообразных процессов внутри самого организма, проявляющееся в оптимальной жизнедеятельности его органов и систем (А.Д. Адо, Г.И. Царегородцев, 1970). Понятие “здоровье” в физиологическом смысле обычно отождествляется с понятием “норма” и как конкретное специфическое состояние означает отсутствие существенных отклонений от нормы основных жизненно важных показателей. Однако, в силу индивидуальных, возрастных, половых, профессиональных и прочих различий между людьми не существует всеобщей нормы.

Понятие нормы, как и понятие здоровья, должно быть строго индивидуализировано. Можно утверждать, что каждый человек здоров по-своему и его индивидуальная норма зависит от многих факторов: возраста, пола, местожительства, профессии и т.п. Однако среди множества физиологических и биохимических показателей существует и ряд таких, которые имеют однородные значения у подавляющего числа здоровых людей и являются своеобразной характеристикой вида Homo Sapiens. К ним, например, относятся величина артериального давления, значение РН крови, количество эритроцитов и др. Все эти показатели отражают сложившееся в ходе эволюции уравновешивание систем внутри организма (гомеостаз), обеспечившее выживание и развитие вида. Выход за пределы нормы этих показателей указывает на нарушение гомеостаза, т.е. на полом адаптационного механизма и, следовательно, на развитие болезни. По мнению основоположника учения о гомеостазе К. Бернара, основные параметры, которые должны постоянно поддерживаться во внутренней среде организма в определенном диапазоне -это вода, кислород, температура, питательные вещества.

Переход от физиологической нормы к патологическим состояниям проходит ряд стадий, на которых организм пытается приспособиться к новым для него условиям среды путем изменения уровня функционирования (УФ) отдельных органов и систем. Для того, чтобы в новых условиях сохранить существующий УФ или перестроиться на более адекватный УФ, требуется определенная степень напряжения (СН) регуляторных механизмов, направленная на мобилизацию функциональных резервов (ФР). Под функциональными резервами мы понимаем информационные, энергетические, метаболические ресурсы организма, обеспечивающие его конкретные адаптационные возможности. Для того чтобы мобилизовать эти ресурсы при изменении условий окружающей среды необходимо определенное напряжение регуляторных систем. Именно степень напряжения регуляторных систем, необходимая для сохранения гомеостаза, определяет текущее функциональное состояние человека.

Процессы адаптации направлены на выработку оптимальной стратегии живой системы, обеспечивающей ее гомеостаз (В.П. Казначеев, 1973). По определению Большой советской энциклопедии “Адаптация - процесс приспособления строения и функций организмов и их органов к условиям среды”. Существует несколько аспектов в определении термина “адаптации” (Г.И. Царегородцев, 1975): а) адаптация используется для обозначения отношения равновесия, которое устанавливается между организмом и средой; б) адаптацией называют процесс, при котором организм приспосабливается к новой среде; в) под адаптацией понимается результат приспособительного процесса; г) адаптация связывается с какой-то определенной целью, к которой стремится организм. В философском смысле адаптация как одно из фундаментальных свойств живой материи является результатом и средством разрешения внутренних и внешних противоречий жизни, она формируется на грани жизни и смерти, здоровья и болезни, за счет их столкновения и взаимоперехода (Т.Г. Дичев, К.Е. Тарасов, 1976).

Процесс адаптации организма к условиям среды завершается определенным исходом. Если действующий фактор невелик по силе или его воздействие было кратковременным, организм при относительно небольшом напряжении механизмов регуляции может сохранить удовлетворительную адаптацию, т.е сохранить свою оптимальную настройку. В случае чрезвычайной силы воздействий или их большой продолжительности возникает выраженное напряжение регуляторных систем, которое требуется для мобилизации ФР организма и включения соответствующих защитных приспособлений, которые обеспечивают необходимый конечный эффект (П.К. Анохин, 1962). Перенапряжение систем регуляции может привести к срыву адаптации с неадекватным изменением уровня функционирования основных систем организма к нарушению гомеостаза с появлением патологических синдромов и заболеваний. Способность организма адаптироваться к новым условиям или его адаптационные возможности зависят от запаса его ФР, от его возможности своевременно их мобилизовать и тем самым предотвратить истощение регуляторных механизмов.

Понятие адаптационных возможностей организма включает два аспекта: диагностический и прогностический. Первый отражает текущее состояние организма, запас его функциональных резервов и соответствующее им напряжение регуляторных систем. Второй характеризует потенциальную возможность организма к выполнению той или иной деятельности. В этой связи следует остановиться на понятии “цены адаптации”, которое было введено В.П. Авцыным ( 1975). На одно и то же воздействие разные люди в зависимости от своих ФР отвечают различным напряжением регуляторных систем. В одних случаях истощение регуляторных систем наступает очень быстро, в других случаях организм способен при том же воздействии длительное время сохранять “гомеостаз” без значительного напряжения механизмов регуляции. “Плата” за адаптацию, которая вышла за пределы “биосоциального бюджета” и требует от организма все новых усилий, ведет к поломке адаптационного механизма. Поэтому важно знать какой ценой обеспечивается сохранение гомеостаза при адаптации организма к новым необычным условиям среды.

Адаптационные возможности организма - это показатель уровня здоровья. Они определяются по степени адаптации организма к условиям среды. Можно условно выделить следующие состояния организма:

- состояние удовлетворительной адаптации;
- состояние напряжения механизмов адаптации (неустойчивая или неполная адаптация);
- состояние неудовлетворительной адаптации, перенапряжение механизмов адаптации;
- состояние срыва адаптации ( истощение адаптационных механизмов).

Распознавание указанных функциональных состояний, отражающих исходы адаптивного поведения, получило название донозологической диагностики, так как при этом определяются состояния, предшествующие развитию нозологических форм заболеваний. Именно в этом и состоит прогностический аспект донозологической диагностики, которая, распознавая текущее функциональное состояние организма по показателям СН и ФР, тем самым определяет адаптационные возможности организма, прогнозирует его способность к сохранению гомеостаза основных жизненно важных систем и органов.

Практическая реализация идей донозологической диагностики в космической и профилактической медицине, в физиологии труда и спорта потребовала разработки четкой и понятной классификации функциональных состояний, учитывающей новые подходы к представлениям о здоровье и болезни на основе теории адаптации и учения о гомеостазе. Еще в начале 80-х годов прошлого столетия, когда донозологическая диагностика делала свои первые шаги, был найден удачный классификатор здоровья, получивший название "Светофор". Этот классификатор стал популярным в системе массовых донозологических обследований населения (см. рис.1). Выделение зеленой, желтой и красной зон здоровья позволяет характеризовать функциональное состояние человека с точки зрения риска развития болезни. Шкала "Светофор" хорошо понятна каждому человеку, будь то водитель или пешеход. ЗЕЛЕНЫЙ означает, что все в порядке, можно двигаться дальше без опасений. Не требуется никаких специальных мероприятий по профилактике и лечению. ЖЕЛТЫЙ указывает на необходимость повышенного внимания к своему здоровью. Функциональное состояние организма таково, что "нужно остановиться и осмотреться, прежде чем двигаться дальше". Иными словами, здесь речь уже идет о необходимости проведения оздоровительных и профилактических мероприятий, о более внимательном отношении к своему состоянию. Следует обратить внимание на то, что желтая зона включает две группы функциональных состояний: состояния функционального напряжения и состояния перенапряжения, которые соответствуют состояниям неудовлетворительной адаптации. Таким образом дифференцируются собственно донозологические состояния от преморбидных, требующих более глубокого медицинского обследования. Наконец, КРАСНЫЙ показывает, что дальше двигаться нельзя, необходимо провести серьезные мероприятия в отношении своего здоровья. Здесь необходима диагностика, а затем и лечение возможных заболеваний.

Рассмотрим более подробно, каждый из упомянутых показателей.

1) СРЕДНЕЕ КВАДРАТИЧНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ (СКО, SDNN). Вычисление СКО является наиболее простой процедурой статистического анализа ВСР. Значения СКО выражаются в миллисекундах (мс). Нормальные значения СКО находятся в пределах 40–80 мс. Однако эти значения , как и значения всех других показателей, имеют возрастно-половые особенности, которые должны учитываться при оценке результатов исследования. Рост или уменьшение СКО могут быть связаны как с автономным контуром регуляции, так и с центральным (как с симпатическими, так и с парасимпатическими влияниями на ритм сердца). При анализе коротких записей, как правило, рост СКО указывает на усиление автономной регуляции, то есть рост влияния дыхания на ритм сердца, что чаще всего наблюдается во сне. Уменьшение СКО связано с усилением симпатической регуляции, которая подавляет активность автономного контура. Резкое снижение СКО обусловлено значительным напряжением регуляторных систем, когда в процесс регуляции включаются высшие уровни управления, что ведет к почти полному подавлению активности автономного контура

2) RMSSD – показатель активности парасимпатического звена вегетативной регуляции. Этот показатель вычисляется по динамическому ряду разностей значений последовательных пар кардиоинтервалов и не содержит медленноволновых составляющих СР. Он отражает активность автономного контура регуляции. Чем выше значение RMSSD, тем активнее звено парасимпатической регуляции. В норме значения этого показателя находятся в пределах 20-50 мс.

3) pNN50 дает информацию, аналогичную RMSSD, но поскольку здесь учитываются лишь разностные значения, величина которых выше, чем 50 мс., то этот показатель более чувствителен к высокочастотным, дыхательным колебаниям сердечного ритма и, следовательно, лучше отражает активность автономного контура регуляции. По значениям pNN50 можно судить об относительном преобладании парасимпатического или симпатического звена регуляции.

4) ИНДЕКС НАПРЯЖЕНИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ (ИН, SI - Stress Index) характеризует активность механизмов симпатической регуляции, состояние центрального контура регуляции. Этот показатель вычисляется на основании анализа графика распределения кардиоинтервалов – вариационной пульсограммы. Активация центрального контура, усиление симпатической регуляции во время психических или физических нагрузок проявляется стабилизацией ритма, уменьшением разброса длительностей кардиоинтервалов, увеличением количества однотипных по длительности интервалов (рост АМо). Форма гистограмм изменяется, происходит их сужение с одновременным ростом высоты. Количественно это может быть выражено отношением высоты гистограммы к ее ширине (ИН = АМо/2*Мо*MxDMn, где MxDMn - вариационный размах). Этот показатель получил название индекса напряжения регуляторных систем (ИН). В норме ИН колеблется в пределах 80 – 150 условных единиц. Этот показатель чрезвычайно чувствителен к усилению тонуса симпатической нервной системы. Небольшая нагрузка (физическая или эмоциональная) увеличивает ИН в 1,5 – 2 раза. При значительных нагрузках он растет в 5 – 10 раз. У больных с постоянным напряжением регуляторных систем ИН в покое равен 400 – 600 усл. ед.. У больных с приступами стенокардии и инфарктом миокарда ИН в покое может достигать 1000 – 1500 усл. ед.

5) ТР (Total Power). Суммарная мощность периодических компонентов сердечного ритма. Этот показатель отличается от SDNN тем, что характеризует только периодические процессы в ритме сердца и не содержит так называемой фрактальной части процесса, то есть нелинейных и непериодических компонентов. ТР позволяет судить о степени активации тех звеньев регуляторного механизма, которые работают в определенном диапазоне частот в пределах длительности анализируемой записи сердечного ритма. Методы спектрального анализа позволяют выделять колебательные составляющие, характерные для работы различных звеньев регуляторного механизма. При коротких записях (5 минут) выделяют три главных спектральных компоненты. Эти компоненты соответствуют диапазонам дыхательных волн и медленных волн 1-го и 2-го порядка. В настоящее время они получили названия высокочастотных (High Frequency – HF), низкочастотных (Low Frequency – LF) и очень низкочастотных (Very Low Frequency – VLF). Частотные диапазоны каждого из трех вышеуказанных спектральных компонентов являются дискуссионными. В соответствии с вышеупомянутыми российскими методическими рекомендациями для записей длительностью в 5 минут рассматриваются следующие диапазоны частот:

• высокочастотный диапазон (дыхательные волны) – 0,4–0,15 Гц (2,5–6,5 сек);
• низкочастотный диапазон (медленные волны 1-го порядка) – 0,15–0,04 Гц (6,5–25 сек);
• очень низкочастотный диапазон (медленные волны 2-го порядка) – 0,04 –0,015 Гц (25 – 66 сек).

При более длительных записях могут быть выделены и другие диапазоны колебаний ВСР, в частности рассматривается диапазон ультранизкочастотных колебаний ((Ultra Low Frequency – ULF).

6) МОЩНОСТЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА (ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ВОЛНЫ) характеризует активность парасимпатического звена вегетативной нервной системы, активность автономного контура регуляции. Активность симпатического отдела вегетативной нервной системы, как одного из компонентов вегетативного баланса, можно оценить по степени торможения активности автономного контура регуляции, за который ответственен парасимпатический отдел. Мощность дыхательных волн выражается в абсолютных значениях ( в миллисекундах в квадрате) или в виде относительной величины (в % от суммарной мощности спектра). Обычно дыхательная составляющая (HF) составляет 15-25% суммарной мощности спектра. Снижение этой доли до 8-10% указывает на смещение вегетативного баланса в сторону преобладания симпатического отдела. Если же величина HF падает ниже 2-3% то можно говорить о резком преобладании симпатической активности. В этом случае существенно уменьшаются также показатели RMSSD и pNN50.

7) МОЩНОСТЬ НИЗКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА (МЕДЛЕННЫЕ ВОЛНЫ 1-ГО ПОРЯДКА ИЛИ ВАЗОМОТОРНЫЕ ВОЛНЫ). Существуют различные взгляды на генез этого показателя. Мы, как ряд других иследователей, считаем, что LF характеризует преимущественно состояние симпатического центра регуляции сосудистого тонуса. В норме чувствительные рецепторы синокаротидной зоны воспринимают изменения величины АД и афферентная нервная импульсация поступает в сосудодвигательный (вазомоторный) центр продолговатого мозга. Здесь осуществляется афферентный синтез (обработка и анализ поступающей информации) и в сосудистую систему поступают сигналы управления (эфферентная нервная импульсация). Этот процесс контроля сосудистого тонуса с обратной связью на гладкомышечныеволокна сосудов осуществляется вазомоторным центром постоянно. Время, необходимое вазомоторному центру на операции приема, обработки и передачи информации колеблется от 7 до 20 сек.; обычно оно равно 10–12 сек. Поэтому в ритме сердца можно обнаружить волны с частотой близкой к 0,1 Гц (10 с), которые получили название вазомоторных. Впервые эти волны наблюдали Майер с соавторами (1931) и поэтому они иногда называются волнами Майера. Мощность медленных волн 1-го порядка определяет активность вазомоторного центра. Переход из положения "лежа" в положение "стоя" ведет к значительному увеличению мощности в этом диапазоне колебаний СР. Обычно в норме процентная доля вазомоторных волн в положении "лежа" составляет от 15 до 35-40%.

Следует упомянуть также о показателе доминирующей частоты в диапазоне вазомоторных волн. Обычно он находится в пределах 10-12 сек. Его увеличение до 13-14 сек. может указывать на снижение активности вазомоторного центра или на замедление барорефлекторной регуляции.

8) МОЩНОСТЬ “ОЧЕНЬ” НИЗКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА (МЕДЛЕННЫЕ ВОЛНЫ 2-го ПОРЯДКА). Спектральная составляющая сердечного ритма в диапазоне VLF по современным представлениям обусловлена влиянием на ритм сердца надсегментарного уровня регуляции, поскольку амплитуда этих волн тесно связана с психоэмоциональным напряжением и функциональным состоянием коры головного мозга. Показано, что VLF отражает церебральные эрготропные влияния на нижележащие уровни и позволяет судить о функциональном состоянии мозга при психогенной и органической патологии мозга (Н.Б. Хаспекова, 1996). Целенаправленные исследования А.Н. Флейшмана (1999) продемонстрировали важное значение анализа ВСР в VLF-диапазоне. Им показано, что мощность VLF-колебаний ВСР является чувствительным индикатором управления метаболическими процессами и хорошо отражает энергодефицитные состояния. Мобилизация энергетических и метаболических резервов при функциональных воздействиях может отражаться изменениями мощности спектра в VLF-диапазоне. Высокий по сравнению с нормой уровень VLF можно трактовать как гиперадаптивное состояние, сниженный уровень VLF указывает на энергодефицитное состояние. При увеличении мощности VLF в ответ на нагрузку можно говорить о гиперадаптивной реакции, при ее снижении – о постнагрузочном энергодефиците. Несмотря на условный и во многом еще спорный характер подобной интерпретации изменений VLF она может быть полезной при исследованиях как здоровых людей, так и пациентов с различными состояниями, связанными с нарушением метаболических и энергетических процессов в организме.

Таким образом, VLF характеризует влияние высших,, как вегетативных центров на сердечно-сосудистый подкорковый центр и может использоваться как маркер степени связи автономных (сегментарных) уровней регуляции кровообращения с надсегментарными, в том числе с гипофизарно-гипоталамическим и корковым уровнем. В норме мощность VLF составляет 15-30% суммарной мощности спектра.

9) ИНДЕКС ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ (ИЦ, IC - Index of Centralization) – отношение (LF + VLF)/HF. Этот показатель отражает степень преобладания активности центрального контура регуляции над автономным. В норме величина IC находится в пределах от 1,3 до 2,5. При воздействии стрессорных факторов и при различных заболеваниях величина IC может достигать 5-6. В зарубежных исследованиях используется аналогичный показатель LF/HF, который называют индексом вегетативного баланса.

Специального внимания заслуживают методы комплексной оценки ВСР по результатам ее анализа. Такая оценка направлена на определение степени напряжения регуляторных систем и их функционального резерва. Одним из таких методов является вычисление показателя активности регуляторных систем (ПАРС). Он вычисляется в баллах по специальному алгоритму, учитывающему как статистические показатели, так и данные спектрального анализа ВСР. ПАРС позволяет дифференцировать различные степени напряжения регуляторных систем и оценивать адаптационные возможности организма (Р.М. Баевский, 1970). Вычисление ПАРС осуществляется по алгоритму, учитывающему следующие пять критериев:

А. Суммарный эффект регуляции по показателям частоты пульса (ЧП);.

Б. Суммарная активность регуляторных механизмов по среднему квадратичному отклонению – SDNN (и по суммарной мощности спектра – TP);.

В. Вегетативный баланс по комплексу показателей: Ин, RMSSD, HF, IC;

Г. Активность симпатического вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус, по мощности спектра медленных волн 1-го порядка (LF);

Д. Активность надсегментарных уровней регуляции по мощности спектра медленных волн 2-го порядка (VLF).

Значения ПАРС выражаются в баллах от 1 до 10. На основании анализа значений ПАРС могут быть диагностированы уровни напряжения при различных функциональных состояниях организма Для комплексной оценки данных анализа ВСР разработан и ряд других методов, позволяющих дифференцированно подойти к определению СН и ФР, к оценке реакции регуляторных систем при функциональных тестах, к контролю процессов восстановления и др. (см. ниже). Здесь же важно отметить, что анализ ВСР является эффективным средством донозологической диагностики и позволяет реализовать на практике тот новый подход к оценке и прогнозированию функциональных состояний, который развивается нами в рамках космической медицины применительно к задачам медицинского обеспечения длительных космических полетов.

3. Оценка состояния механизмов вегетативной регуляции кровообращения при действии факторов космического полета

Анализ ВСР, возникнув в области космической медицины более чем 40 лет назад, применялся при исследовании космонавтов во всех космических полетах на космических транспортных кораблях и на орбитальных станциях. Этот метод применялся как с целью медицинского контроля, так и для изучения механизмов адаптации организма к условиям невесомости. За последние годы получены новые результаты, в частности в исследованиях на Международной космической станции. Первой публикацией, обобщавшей результаты исследований по математическому анализу ритма сердца в космосе, была статья В.В.Парина, Р.М.Баевского и О.Г.Газенко “Сердце и кровообращение в условиях космоса” (1965). Развитие методов анализа ВСР у космонавтов было связано с необходимостью повышения информативности систем медицинского контроля и с задачами исследования процессов регуляции физиологических функций. На первом симпозиуме по математическому анализу сердечного ритма в 1966 году В.В.Парин выступил с большим докладом и отметил, что источником развития этого метода является космическая кардиология, где впервые он был использован для изучения регуляции кровообращения в условиях космического полета. Идея изучения механизмов регуляции сердечного ритма в интересах ранней диагностики и прогнозирования вероятных патологических отклонений оказалась плодотворной. Поскольку изменения регуляции предшествуют появлению энергометаболических и тем более структурных нарушений, то методы исследования регуляторных систем организма приобретают практическую значимость как в прикладной физиологии, так и в клинической практике. Особую роль эти методы играют в космической медицине, где регуляторные сдвиги носят первичный характер и обусловлены течением процессов адаптации.

Работа “Ритм сердечных сокращений как индикатор состояния нейроэндокринной регуляции организма в условиях космического полета” (1967), написанная В.В. Париным совместно с Р.М. Баевским и Г.А.Никулиной, была доложена на ХVIII Конгрессе Международной астронавтической федерации. Она явилась важным этапом развития исследований по вариабельности ритма сердца. В условиях полета при регистрации ритма сердечных сокращений у первых космонавтов была обнаружена выраженная синусовая аритмия в начальный период невесомости.

В 1967 году вышла монография В.В. Парина, Р.М. Баевского, Ю.Н. Волкова и О.Г.Газенко “Космическая кардиология”. В этой книге обобщен широкий круг проблем, связанных с влиянием факторов космического полета на систему кровообращения. При обсуждении результатов летных экспериментов на 2–5-м советских космических кораблях-спутниках выделяют 3 фазы адаптации организма животных к условиям невесомости: 1) переходную, при которой изменения определяются в основном последействием перегрузок, 2) неполного приспособления, когда организм осуществляет активный поиск устойчивого состояния, соответствующего новым физическим условиям, 3) относительно устойчивого приспособления, при котором наблюдается новый уровень функционирования систем. При этом специальное внимание обращается на вторую фазу, где особенно велика роль вегетативной нервной системы, которая обеспечивает настройку организма на новый уровень функционирования. Авторы пишут, что “…вторая фаза есть период как бы борьбы между симпатическим и парасимпатическим влиянием, в которой постепенно побеждает парасимпатическая система, но и симпатическая не побеждена полностью, а лишь смиряется со своей новой ролью, ролью запасного игрока…”. По существу, здесь сформулирована базовая идея концепции о механизмах приспособления к условиям невесомости.

Первые исследования вегетативной регуляции кровообращения в космическом полете с использованием анализа вариабельности сердечного ритма были проведены в полетах кораблей “Восток-3” и “Восток-5”. Было установлено, что в 3- и 5-суточном полетах отчетливо выявляется смещение вегетативного баланса в сторону усиления активности парасимпатического отдела. При отсутствии выраженной брадикардии существенно увеличивалась колеблемость RR-интервалов (в 1,5–2 раза увеличивался коэффициент вариации). Во время полета экипажа корабля “Восход-1” была показана значимость индивидуального типа вегетативного реагирования. Реакция приспособления к условиям невесомости протекала у каждого из членов экипажа по-разному. При симпатотоническом типе реагирования наблюдалась наиболее быстрая нормализация частоты пульса. Эти исследования положили начало систематическому применению анализа ВСР для оценки состояния членов экипажа на разных этапах космического полета.

Рис. 5. Изменения гистограмм и спектров сердечного ритма на разных этапах космического полета

На рис. 5 представлены образцы гистограмм и спектров, полученных у одного из космонавтов на разных этапах космического полета. За 10 минут до старта отчетливо видно преобладание очень низкочастотных колебаний в спектре, что отражает повышенную активность центрального контура регуляции, как результата предстартового психо – эмоционального напряжения. На активном участке полета по гистограмме можно видеть дальнейший рост симпатоадреналовой активности. Увеличение высоты гистограммы и ее сужение указывают на рост индекса напряжения (стресс индекса). Однако уже на 2-м витке, через З часа после выхода на орбиту картина существенно меняется: гистограмма становится низкой и широкой, что говорит об активации парасимпатического отдела, а в спектре появляется мощная низкочастотная компонента, отражающая активацию вазомоторного центра. Это ответ регуляторных систем на перераспределение крови в верхние отделы тела, это сигнал об активной работе подкоркового сосудодвигательного центра. Наконец, данные, полученные на 4-м месяце пребывания в условиях невесомости показывают одновременную активность парасимпатического (по гистограмме) и симпатического (по спектру) отделов. При этом одновременно активирован и вазомоторный центр, что видно по выраженному низкочастотному компоненту спектра.

О том, что регуляторные механизмы в условиях длительного космического полета постоянно “работают” свидетельствует график динамики ряда показателей вариабельности сердечного ритма, обобщающий данные многолетних исследований на ОС “Мир” (см. рис.6). Эти данные получены при анализе 259 записей в фазе покоя у 32 членов экипажей на разных этапах космических полетов продолжительностью до 8 месяцев (Р.М.Баевский, Г.А.Никулина, И.И.Фунтова, А.Г.Черникова, 2001). Прежде всего, следует отметить, что среднее значение частоты пульса изменяется очень мало (на 3-4 уд/мин). Мы видим, что в первые месяцы полета растет активность и симпатического (Ин) и парасимпатического (pNN50) звеньев регуляции. Показатель pNN50 демонстрирует тенденцию к снижению на 3-м месяце полета с постепенным ростом к 5-му месяцу. Индекс напряжения снижается на 3-4-м месяцах полета и увеличивается к концу полета на 4-6- месяцах.

Рис. 6. Динамика средних значений частоты пульса и показателей вегетативного баланса (Ин и pNN50) в длительных космических полетах на О.С. “Мир”

Вопрос о механизмах перестройки кровообращения в условиях невесомости обсуждается, начиная с первых полетов животных и человека. В настоящее время известно, что в многомесячных полетах основные параметры сердечно-сосудистого гомеостаза сохраняются на уровне, близком к предполетному, а отдельные индивидуальные отличия не выходят за пределы физиологической нормы. Это дает основание предполагать, что сохранение гомеостаза является результатом активной работы регуляторных механизмов. К настоящему времени уже в полной мере осознано важнейшее положение космической кардиологии о том, что “…исследование механизмов регуляции физиологических функций при действии факторов космического полета – это одно из главных направлений современной космической физиологии” (В.В.Парин и соавт., 1967, с. 7). В связи с этим целесообразно более подробно остановиться на теоретических и экспериментальных результатах исследований по этой проблеме.

Способность к уравновешиванию с окружающей средой является важнейшей особенностью живой системы. В условиях космического полета одним из ведущих факторов окружающей среды является невесомость. Главной мишенью ее воздействия на организм принято считать систему кровообращения, которую в космической медицине рассматривают в качестве индикатора адаптационных реакций всего организма [В.В.Парин и соавт., 1967]. Поэтому изучение внутрисистемного сердечно-сосудистого гомеостаза имеет важное значение для понимания общих механизмов реакции организма человека на воздействие факторов космического полета.

Гомеостаз – это динамический баланс между условиями окружающей среды и физиологическими функциями организма, при котором каждая из его физиологических систем одновременно обеспечивает и собственную устойчивость, и приспособление к новым потребностям целостного организма. В космическом полете создаются новые условия, при которых невесомость является фактором, нарушающим этот динамический баланс и вызывающим ряд зависящих от времени и от характера воздействия защитных или адаптационных реакций. Стимулами к развитию гомеостатических реакций в длительном космическом полете являются изменения афферентных сигналов с гравирецепторов (изменения сенсорного входа), перераспределение жидких сред организма, устранение весовой нагрузки на опорно-двигательный аппарат (А.И. Григорьев, А.Д. Егоров, 1998). В результате гомеостатических реакций формируется новая функциональная система. Однако, достигнутый результат может быть недостаточным для обеспечения полной адаптации организма к новым условиям или адаптация может быть достигнута ценой значительного напряжения механизмов регуляции. Это может привести к нарушению гомеостаза, к дизадаптации. Для сохранения физиологической нормы необходимо, чтобы гомеостаз поддерживался при минимальном (оптимальном) или умеренном напряжении регуляторных систем. Поэтому оценка и изучение степени напряжения регуляторных механизмов является эффективным методом исследования устойчивости сердечно-сосудистого гомеостаза в необычных условиях окружающей среды.

Космический полет предъявляет к организму человека требования высокой устойчивости к стрессорным воздействиям и одновременно достаточной пластичности, необходимой для приспособления к новым необычным условиям невесомости. Регулярные физические тренировки с целью поддержания физической работоспособности и сохранения ортостатической устойчивости обусловливают интенсивное расходование функциональных резервов. Длительное пребывание в космическом полете ведет к серьезной перестройке системы вегетативной регуляции физиологических функций, в то время как гомеостатируемые параметры обычно сохраняются на уровне, близком к земному. Мобилизацию функциональных резервов можно рассматривать как один из результатов деятельности регуляторных систем по обеспечению защиты организма от неблагоприятных воздействий или по его приспособлению к новым условиям существования. Процесс адаптации требует расходования информационных, энергетических и метаболических ресурсов организма. Управление ресурсами зависит от предъявляемых к организму требований внешней среды и осуществляется через нервные, эндокринные, гуморальные механизмы, которые условно можно разделить на автономные и центральные. Автономные механизмы используются для обеспечения целесообразных и оптимальных реакций на уровне отдельных органов и систем. При этом центральные механизмы управления выполняют свои задачи, не вмешиваясь в работу автономных. Таким образом, обеспечивается процесс саморегуляции (самоуправления), где функциональные резервы автономных систем управления достаточны для сохранения гомеостаза и осуществления необходимых приспособительных реакций. Подобный тип взаимодействия центрального и автономного контуров управления живой системы является наиболее оптимальным; он существенно повышает устойчивость организма к различным внешним воздействиям.

Сложившийся на каждом этапе полета тип управления функциональными резервами организма (мобилизация, активация, саморегуляция) во многом определяет вероятные реакции космонавта в ответ на нагрузки и имеет важное значение для прогнозирования его способности к выполнению ответственных операций, связанных с большими психо - эмоциональными и физическими напряжениями. В связи с этим первостепенное значение приобретает изучение процессов вегетативной регуляции и особенно механизмов управления функциональными резервами организма в условиях длительного космического полета.

На основании результатов исследований членов космических экипажей на ОС “Салют-6” и “Мир” был накоплен ценный экспериментальный материал, который позволил в дальнейшем развить и углубить концепцию о сердечно-сосудистой системе как индикаторе адаптационных реакций всего организма и разработать математические модели, описывающие процессы вегетативной регуляции в процессе адаптации организма к условиям длительной невесомости.

Как следует из данных, представленных на рис. 6 и обобщающих результаты многолетних исследований, проведенных в длительных космических полетах на орбитальной станции “Мир”, вегетативный баланс в ходе полета существенно изменяется на фоне относительно стабильной частоты пульса. Представленные в таблице 2 данные спектрального анализа, позволяют более детально оценить роль отдельных звеньев регуляторного механизма в процессах адаптации к длительной невесомости. Так, в первые два месяца полета отмечается достоверный рост HF со снижением IC, что указывает на относительное усиление парасимпатического тонуса. Однако, к 6-му месяцу полета отчетливо выявляется смещение вегетативного баланса в сторону роста тонуса симпатической системы (достоверное учащение пульса, увеличение Ин, снижение pNN50, рост LF).

Одновременно обращает на себя внимание достоверный рост низкочастотного (LF) и снижение очень низкочастотного (VLF) компонентов спектра ВСР. Достоверное снижение VLF отмечалось начиная со 2-го месяца полета, и это можно объяснить преобладанием активности автономного контура регуляции над активностью центрального. Такое объяснение подтверждается достоверным снижением показателя IC, начиная со 2-го месяца полета.

Таблица 2

Средние значения спектральных показателей вариабельности сердечного ритма на разных этапах длительного космического полета

М1 - М8 - месяцы космического полета

*Статистически достоверные различия по сравнению с фоном (p < 0,05).

На 7-м и 8-м месяцах пребывания в условиях невесомости выявляется новая динамика изменений вегетативной регуляции. Резкий рост активности вазомоторного центра (достоверное увеличение LF, %) указывает на возможную адаптационную перенастройку сосудистой регуляции, что может быть обусловлено дальнейшим развитием процессов адаптации к длительному действию невесомости. Выраженный рост очень низкочастотного компонента спектра ВСР (VLF) на 8-м месяце полета свидетельствует в пользу такого предположения.

В последние годы медленноволновым колебаниям сердечного ритма уделяется большое внимание. По мнению Н.Б.Хаспековой (1996), эти колебания отражают активность надсегментарных отделов мозга и, в частности, активируются при психическом и эмоциональном возбуждении. А.Н.Флейшман (1999) считает, что мощность VLF-колебаний ВСР является чувствительным индикатором управления метаболическими процессами и хорошо отражает энергодефицитные состояния. Таким образом, существенный рост VLF-компонента спектра ВСР указывает на новый этап адаптационного процесса, на более активное включение высших вегетативных центров в механизм адаптации к условиям невесомости. Это означает, что длительная невесомость требует мобилизации дополнительных функциональных резервов организма. Если в течение первых 6 месяцев полета сохранение сердечно-сосудистого гомеостаза обеспечивали внутрисистемные механизмы регуляции кровообращения, то при более длительном действии невесомости потребовалось более активное “вмешательство” межсистемного уровня управления (надсегментарных отделов вегетативной регуляции).

На основании результатов многолетних исследований вегетативной регуляции в длительных космических полетах, в наземных экспериментах, клинико-физиологических исследований практически здоровых людей и пациентов с различными заболеваниями нами была разработана математическая модель функциональных состояний. Эта модель на основе предложенной нами методологии развивает и дополняет ранее описанную модель в виде лестницы состояний. Недостатком “лестницы состояний”, построенной по значениям ПАРС, является дискретный и поэтому не очень точный характер оценок. Математическая модель представляет собой систему уравнений дискриминантной функции (Р.М. Баевский, А.Г.Черникова, 2002), в которые входят показатели ВСР. В качестве исходных данных для математической модели были взяты результаты исследования 192-х лиц в возрасте от 35 до 65 лет, среди которых были как практически здоровые люди, так и лица с донозологическими состояниями и лица с компенсированными хроническими заболеваниями (преморбидные и патологические состояния). Уравнения дискриминантной функции в стандартизованной форме для первых двух канонических переменных L1 и L2 имеют следующий вид:

L1 = 0,112*HR + 1,006*SI + 0,047*pNN50 +0,086*HF;

L2 = 0,140*HR + 0,165*SI + 1,293*pNN50 +0,623*HF .

Анализ стандартизованных коэффициентов этих уравнений показывает, что в первом уравнении наибольший вес имеет показатель SI, а во втором уравнении - показатели pNN50 и HF. Поскольку показатель SI (стресс индекс) характеризует суммарную активность симпатического отдела вегетативной нервной системы, то каноническую переменную L1 можно считать индикатором активирующей, мобилизующей функции регуляторных механизмов (функциональный резерв). Вторая каноническая переменная (L2), тесно связанная с показателями активности парасимпатического отдела, характеризует вегетативный баланс (степень напряжения регуляторных систем).

Следует отметить, что представленные выше уравнения отражают лишь весовые значения показателей, входящих в решающее правило для классификации и оценки функциональных состояний. Для вычисления реальных величин канонических переменных использовались не стандартизованные, а абсолютные значения коэффициентов. Полученные при этом величины L1 и L2 рассматривались как координаты фазовой плоскости, образующей пространство функциональных состояний. Здесь по оси абсцисс отображается активность симпатического отдела вегетативной нервной системы, обеспечивающая мобилизацию функциональных резервов (ФР), а по оси ординат - активность парасимптического отдела, характеризующая вегетативный баланс и отражающая степень напряжения регуляторных систем (СН).

На рис. 7 представлена фазовая плоскость с координатами четырех предварительно выделенных с помощью кластерного анализа подгрупп с различными функциональными состояниями (среднегрупповые значения). Эти подгруппы располагаются в разных квадрантах фазовой плоскости, которая рассматривается как пространство функциональных состояний организма. Каждая точка на фазовой плоскости, определяемая координатами значений L1 и L2, отражает конкретное функциональное состояние индивидуума или группы (индекс функционального состояния (ИФС). Каждый квадрант фазовой плоскости соответствует определенному классу функциональных состояний. Линия, соединяющая среднегрупповые значения ИФС четырех подгрупп, может быть названа траекторией функциональных изменений при переходе от одного функционального состояния к другому.

Используя описанную математическую модель функциональных состояний, мы проанализировали результаты исследований у 6 испытателей-добровольцев в эксперименте со 120-суточной антиортостатической гипокинезией - АНОГ (угол наклона – 6 градусов), а также у 4 испытателей – добровольцев в эксперименте с длительной 8-месячной изоляцией в камере, имитирующей кабину космического корабля. Были проанализированы также данные, полученные в реальных космических полетах, на разных этапах адаптации к условиям невесомости (32 космонавта) и в предполетный период (20 космонавтов). При этом были использованы данные более 600 исследований. Рассмотрим более подробно результаты проведенных исследований. Траектории функциональных изменений в каждой серии исследований имеют свои особенности. Общим здесь является то, что все траектории располагаются в нижнем правом квадранте фазовой плоскости – в зоне физиологической нормы. Общей является также направленность всех траекторий снизу вверх, т.е. наличие тенденции движения из зоны физиологической нормы по направлению к зоне донозологических состояний. Основное различие между исследуемыми группами заключается в протяженности траекторий, т.е. в степени изменения функционального состояния под воздействием комплекса стрессорных факторов.

Рис. 7. Изменения функционального состояния организма в лабораторных экспериментах и в длительных космических полетах по данным математической модели (Р.М. Баевский, А.Г. Черникова, 2002).
К- космонавты; И – эксперимент с 8-месячной изоляцией; АНОГ – эксперимент со 120-суточной антиортостатической гипокинезией

Наиболее существенным было изменение функционального состояния у группы испытателей в эксперименте с длительной гипокинезией. Здесь отмечается постепенный рост степени напряжения регуляторных систем по мере пребывания в условиях постельного режима. В конце эксперимента состояние испытателей вплотную приближается к зоне донозологических состояний. Таким образом длительное ограничение двигательной активности является более стрессорным фактором, чем длительная (до 8 месяцев) изоляция и чем комплексное действие факторов длительного космического полета. Важно отметить, что у космонавтов адаптационные возможности организма во время длительного космического полета сохраняются на уровне, близком к земному, что свидетельствует о высокой эффективности проводимых в полете профилактических и оздоровительных мероприятий.

Итак, используя анализ ВСР, мы можем не только оценивать функциональное состояние организма, но и следить за его динамикой, вплоть до патологических состояний с резким снижением ВСР и высокой вероятностью срыва адаптации. Показатели ВСР в рамках предложенной модели отражают жизненно важные показатели системы управления физиологическими функциями организма – степень напряжения регуляторных систем и функциональные резервы механизма управления. Для того, чтобы оценить насколько устойчивыми являются данные, получаемые с помощью математической модели, мы проанализировали данные космонавтов, совершивших по 2-3 полета в космос. На рис. 8 приведены усредненные за каждый полет данные для отдельных космонавтов. Значения для разных полетов космонавтов, летавших более чем в одной экспедиции, обозначены одинаковыми символами. Обращает на себя внимание тот факт, что функциональное состояние отдельных космонавтов, совершавших повторные полеты с интервалом в несколько лет, оцениваются достаточно близкими координатами. Это дает основание говорить не только о выраженности индивидуальных особенностей вегетативной регуляции в полете, но и об их устойчивости.

Рис. 8. Функциональные резервы (ФР) и их степень напряжения (СН) в различных группах по материалам массовых обследований (контроль) и у космонавтов (A, B, … K, L ), совершавших более 1 полета на орбитальной станции “Мир” и на МКС.

Данные, полученные во время длительных космических полетов на ОС “Мир”, а также в наземных экспериментах по моделированию факторов полета, показали что по степени напряжения (СН) регуляторных механизмов космонавтов можно разделить на три группы ; а) с низкими значениями СН , которые характеризуют вегетативный баланс как преобладание парасимпатического звена регуляции; б) со средними значениями СН, которые указывают на относительное вегетативное равновесие;
в) с высокими значениями СН, которые можно оценить как преобладание активности симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Наличие различных типов (классов) вегетативной регуляции было подтверждено исследованиями А.Г.Черниковой (2005). Ею был проведен кластерный анализ полетных данных у 45 космонавтов, совершивших длительные полеты на ОС “Мир”. Были выделены четыре типа (класса) вегетативной регуляции во время космического полета Эти классы различаются не только по вегетативному балансу и по уровню сердечно-сосудистого гомеостаза, но и по времени адаптации организма к условиям невесомости, по механизму адаптации, по устойчивости адаптационных реакций.

Для 1-го, ваготонического, типа регуляции характерна более быстрая, но менее устойчивая адаптация. Второй и третий типы могут быть названы нормотоническими. Они наиболее часто встречаются и характеризуются оптимальностью адаптационных реакций, при том, что третий тип отличается от второго более высокой устойчивостью. Четвертый - симпатотонический тип характеризуется более медленной приспособляемостью к новым условиям, активной мобилизацией функциональных резервов и невысокой лабильностью.

Следует отметить, что присущий каждому космонавту тип регуляции в условиях невесомости сохраняется и в последующих полетах. Результаты этих исследований имеют не только теоретическое, но и важное практическое значение. Во-первых, знание индивидуального типа вегетативной регуляции позволяет прогнозировать характер адаптационных реакций космонавта в полете. Во-вторых, оценка состояния вегетативной регуляции дает важную информацию для системы медицинского контроля, поскольку нарушения сложившегося в полете вегетативного баланса, которые проявляются прежде всего в изменениях показателей ВСР, значительно опережают по времени метаболические и структурные нарушения в исполнительных органах. При уже имеющемся ухудшении регуляции организм в состоянии ещё в течение некоторого времени поддерживать высокую работоспособность (на фоне нарастающего напряжения регуляторных систем), но затем может наступить срыв адаптации в виде различных нарушений, в том числе со стороны сердечно-сосудистой системы. В третьих, рост напряжения регуляторных систем в ходе полета (за пределы характерных для данного типа регуляции диапазона значений) требует серьезного внимания со стороны службы медицинского контроля как фактор риска развития патологических изменений

При обследовании космонавтов индивидуально-типологические характеристики определяются уже на стадии отбора и подготовки при использовании функциональных нагрузочных проб для изучения физиологических реакций организма и устойчивости показателей жизнедеятельности. Как показали наши исследования, тип вегетативной регуляции сохраняется в течение долгого времени даже в сложных стрессорных условиях космического полета. Это дает основание для разработки индивидуальных оценочных критериев в зависимости от типа регуляции еще на этапе подготовки космонавтов и предполетных исследований.

4. Исследование вегетативной регуляции кардиореспираторной системы в длительных космических полетах на Международной Космической Станции

Новый этап изучения вегетативной регуляции кровообращения начался с вводом в эксплуатацию Международной космической станции (МКС). Поскольку в процессе развертывания МКС предстоят обширные, трудоемкие монтажные работы на орбите, медико - физиологические исследования характеризуется направленностью на решение практических задач, связанных с оценкой и прогнозированием функционального состояния членов экипажа. Здесь индивидуальная оценка степени напряжения регуляторных систем и функционального резерва приобретает особенно важное значение. Российские исследователи, обладающие неоспоримым приоритетом в этой области, взяли на себя задачу создания бортовой автоматизированной системы медицинского мониторинга, основанной на исследовании вегетативной регуляции кровообращения и дыхания (V.M. Baranov et al., 2002; Р.М.Баевский, и соавт., 2003). Речь идет о практической реализации концепции о системе кровообращения как индикаторе адаптационных реакций целостного организма. В качестве первого шага к решению этой важной задачи на борту МКС проводится научный эксперимент “Пульс” (см. рис. 9) с регистрацией элктрокардиограммы, сфигмограммы и пневмотахограмы в покое и при функциональных тестах с нагрузкой на систему дыхания.

Рис. 9. Проведение эксперимента “Пульс” на борту МКС

Исследования проводятся дважды до полета, ежемесячно в полете и два раза после полета. Протокол эксперимента включает 10 минут записи в покое, тесты с фиксированным темпом дыхания, тесты с задержкой дыхания на вдохе и на выдохе. Записи на магнитном носителе доставляются на Землю после окончания полета и анализируются в лаборатории. К настоящему времени в полетах на МКС проведено обследование 9 российских космонавтов.

При анализе данных важное значение придавалось оценке вариабельности сердечного ритма (ВСР). Сравнение исходных предполетных данных с полетными (см. табл. 3) показывает, что в ходе полета формируется новый тип вегетативного гомеостаза, который отличается более высоким уровнем активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы и более высокой активностью регуляторных механизмов в целом. Обращает на себя внимание рост сосудистого тонуса (увеличение скорости распространения пульсовой волны- Ra). Частота дыхания (Resp-T - длительность дыхательного цикла) уряжается за счет удлинения вдоха .

Таблица 3

Средние значения некоторых показателей кардиореспираторной системы до, во время и после космического полета на МКС

*Статистически достоверные различия по сравнению с предполетным периодом (p < 0,05).

В ходе полета наблюдается снижение частоты пульса и рост активности парасимпатического звена регуляции (RMSSD). На 1-м и 3- 4-м месяцах полета растет активность сосудистого звена регуляции (LF), которая чередуется с ростом активности энерго - метаболического звена регуляции (VLF) – на 2-м и 5-6-м месяцах полета. Создается впечатление, что процесс адаптационной перенастройки регуляторных механизмов, во-первых, является волнообразным с длительностью периодов равной 1-3-месяцам, и, во-вторых, протекает путем активации все более высоких уровней регуляции.

Весьма выражены индивидуальные особенности вегетативной регуляции в полете. Так, при обследовании двух членов одного экипажа на 159-е сутки полета были выявлены существенные различия в их функциональном статусе (см. рис 10). У КЭ на фоне значительного урежения частоты пульса отмечалось увеличение СКО. У БИ снижение частоты пульса было незначительным, а величина СКО уменьшилась, что можно рассматривать как признак увеличения тонуса симпатической нервной системы. Соответственно у КЭ индекс напраяжения снизился, а у БИ увеличился. В послеполетном периоде у космонавта с более высоким напряжением регуляторных механизмов была отмечена более низкая ортостатическая устойчивость.

Рис.10. Результаты исследования двух членов экипажа МКС
на 159 сутки полета
(КЭ - командир экипажа, БИ - борт - инженер).

Материалы проведенных исследований показывают, что в процессе адаптации организма к длительному действию невесомости растет активность регуляторных систем, вегетативный баланс постепенно смещается в сторону усиления тонуса симпатической системы. Особенности адаптационной реакции существенно зависят от индивидуального типа регуляции. В качестве примера на рис. 11 представлены результаты исследований в эксперименте “Пульс”, проведенных во время одной из последних экспедиций на МКС. При анализе данных использовалась описанная выше разработанная нами математическая модель функциональных состояний. Математическая модель позволяет определять наиболее важные компоненты системы вегетативной регуляции - степень напряжения регуляторных систем (СН) и функциональные резервы (ФР) регуляторного механизма. Как видно из рис. 11 в ходе полета имеются значимые изменения СН без существенных изменений ФР. В начале полета на 24 – е сутки СН значительно возрастает, что указывает на развитие процессов адаптации организма к условиям невесомости. В последующий период полета вегетативный баланс устанавливается на новом уровне с некоторым преобладанием парасимпатического звена регуляции и существенным снижением СН. В конце полета вновь наблюдается рост СН, что, вероятно обусловлено подготовкой к спуску и явлениями утомления. При этом в течение всего полета ФР сохраняются на уровне близком к исходному.

Рис. 11 . Изменения СН и ФР во время и после полета у одного из членов экипажа МКС

5. Перспективы развития исследований по оценке и прогнозированию функционального состояния организма на МКС

Системы кровообращения и дыхания играют ведущую роль в обеспечении адаптации организма к условиям окружающей среды. В новых необычных условиях невесомости сохранение необходимого уровня функционирования этих систем во многом зависит от работы регуляторных механизмов. Поэтому исследованию механизмов вегетативной регуляции кардиореспираторной системы в последние годы уделяют все больше внимания. Эксперимент “Пульс” явился стимулом к дальнейшему развитию подобных исследований в космосе. Так, аналогичные исследования начало проводить на МКС Европейское космическое агентство (эксперимент “Кардиоког”). Мы также готовимся расширить проводимый эксперимент “Пульс” с целью получения более обширной информации о состоянии различных звеньев системы управления физиологическими функциями. С этой целью в течение последних 5 лет совместно с Немецким авиакосмическим центром и Клиникой Шарите Университета им. Гумбольдта в Берлине готовится новый прибор “Пневмокард”. С его помощью дополнительно можно исследовать регуляцию гемодинамики и сократительной функции сердца. Многочисленные клинические и физиологические исследования с этим прибором позволили получить обширные материалы, позволяющие уточнить критерии перехода из состояния физиологической нормы в донозологические и преморбидные состояния, что очень важно для оценки данных, получаемых в условиях космического полета. Бортовой образец нового прибора будет более миниатюрным, более удобным в эксплуатации, фиксация датчиков будет более простой и надежной . Важно отметить и то, что прибор “Пневмокард” будет работать в той же информационной среде, что и прибор “Пульс”. Это значит, что у них будут совместимые базы данных и программные средства. Это позволит сопоставлять данные, полученные ранее в эксперименте “Пульс”, с более поздними исследованиями, проводимыми с помощью “Пневмокарда”.

Следующий шаг в развитии исследований экипажей МКС планируется сделать в отношении пред- и послеполетных исследований космонавтов. Предполетные исследования необходимо рассматривать не только как получение исходных фоновых данных для оценки результатов полетных и послеполетных исследований. Это важный материал для прогнозирования вероятных в полете патологических отклонений. Речь должна идти не столько о традиционном клиническом подходе к прогнозу, сколько о прогнозировании возможных изменений уровня здоровья, адаптационных возможностей организма. Здесь ведущую роль играет определение изменений на информационно-временном уровне живой системы, которые предшествуют развитию отклонений на энергетическом и метаболическом уровнях. Основываясь на параметрах вегетативной регуляции кардиореспираторной системы, оцениваемых с помощью бортовых комплексов “Пульс” и “Пневмокард”, для пред- и послеполетных обследований космонавтов разрабатывается новая система под названием “Резерв”. Она будет иметь значительно более обширный набор измеряемых параметров (до 25), которые можно регистрировать в любой комбинации по 8 каналам. Регистрация сигналов будет проводится в процессе выполнения разнообразных клинико - физиологических, психо - физиологических и психологических тестов.

При создании комплекса “Резерв” была разработана новая концепция построения аппаратуры для пред- и послеполетного обследования космонавтов. Сущность этой концепции заключается в сочетании бортовых и наземных требований к сбору, обработке, анализу и хранению данных. Предлагаются следующие три ключевых положения:

1) Создание единой программы регистрации данных, в которой бортовые методики органически дополнялись бы более обширным набором клинических методов и тестов;

2) Формирование единой базы данных по результатам исследований, проводимых в полете и в наземных пред- и послеполетных обследованиях;

3) Разработка программного обеспечения, позволяющего обрабатывать и анализировать как полетные, так и наземные записи.

Новый комплекс разрабатывается на базе существующих приборов и методик. В качестве бортового аналога нами был принят прибор “Пневмокард”, создаваемый для МКС. В качестве клинического аналога, используемого в практической медицине, были взяты серийно выпускаемые компанией “Нейрософт” (г. Иваново, Россия) современные стационарные клинические приборы для исследований сердечно-сосудистой и дыхательной систем и для психофизиологического тестирования. Кроме того, в комплексе “Резерв” используется система сканирования для считывания данных анкетного опроса и психологического тестирования с использованием бумажных форм с последующим автоматическим вводом данных.

Таким образом, комплекс “Резерв” разрабатывается на основе синтеза методических подходов космической физиологии и клинической медицины. В данном комплексе реализованы как классические кардиологические методики (ЭКГ, ИПГ, ФКГ и др.), так и методы, традиционно применяющиеся в космической медицине. Наряду с этим используются и новые методы для прогнозирования развития аритмий и ишемических нарушений (ЭКГ высокого разрешения и дисперсионное картирование ЭКГ). Комплекс “Резерв” позволит проводить оценку текущего функционального состояния и прогнозирование возможного перенапряжения и истощения механизмов адаптации, ведущего к развитию патологических изменений кардиореспираторной системы и механизмов ее регуляции. Разрабатываемые новые программные средства позволят в полной мере реализовать все те идеи и научные концепции оценки и прогнозирования функциональных состояний, которые были изложены выше.

Следующим шагом в развитии аппаратурно-программных средств для МКС будет установка на борт нового комплекса “Сонокард”. Этот комплекс разрабатывается на основе опыта, полученного при проведении исследований на ОС “Мир”. Речь идет о принципиально новом методе оценки состояния здоровья, созданном в космической медицине и связанном с бесконтактной регистрацией физиологических показателей во время сна. В 90-е годы в космической медицине был разработан бесконтактный метод оценки функционального состояния, основанный на регистрации баллистокардиограммы с помощью датчика, закрепленного на спальном мешке космонавта (Р.М. Баевский, В.В. Поляков, М. Мозер и др., 1997). На рис.12 представлен образец бесконтактной регистрации баллистокардиограммы на борту орбительной станции “Мир”. Метод с успехом прошел испытания в ходе нескольких длительных экспедиций и, в частности, во время рекордно длительного полета врача-космонавта В.В. Полякова. Исследования, проведенные в ходе космических полетов, позволили установить корреляции между функциональным состоянием космонавтов и показателями, регистрируемыми с помощью метода бесконтактной баллистокардиографии. В связи с этим были начаты работы по реализации этой методологии на Земле. В последние два года эти исследования и разработки проводятся при поддержке Международного научно-технического центра

Рис. 12. Образец бесконтактной записи баллистокардиограммы, зарегистрированной во время сна на борту орбитальной станции МИР

Исследования во время сна с помощью датчика, размещенного на спальном месте, представляют особый интерес в виду возможности получения информации о функциональном состоянии во время сна. Преимущества такой методологии очевидны: а) Условия исследования по своей комфортности не отличаются от условий обычного (привычного) сна; б) Возможность непрерывного длительного мониторирования параметров кардиореспираторной системы и двигательной активности; в) Возможность контроля и диагностики нарушений вегетативной регуляции, возникающих во время сна; г) Возможность оперативного выявления отклонений, угрожающих жизни (например, апноэ, аритмия или нарушения коронарного кровообращения); д) Возможность динамической оценки качества сна.

При создании прибора для бесконтактной регистрации физиологических сигналов во время сна первостепенное значение имеет выбор типа датчика. Сейсмические датчики-акселерометры, использовавшиеся в космическом полете, мало пригодны для исследований в наземных условиях в виду высокой чувствительности по отношению к внешним вибрациям. Поэтому нами был использован торсионный тип датчика, чувствительный только к угловым ускорениям и не воспринимающий линейные колебания. Используя трехмерный торсионный датчик, расположенный на спальном месте (на кровати, кушетке, диване), можно получить трехмерную баллистокардиограмму. При этом датчик нечувствителен к внешним линейным вибрациям. Для оценки надежности выделения и измерения сигналов, получаемых при бесконтактном исследовании были проведены параллельные записи с использованием электрокардиографического монитора. Полученные результаты подтвердили высокую надежность получаемых бесконтактным способом записей и корректность алгоритма их обработки. Возможно, что торсионные датчики в будущем будут использоваться и в космичеком полете.

Таким образом, открываются новые возможности проведения медицинского контроля за состоянием здоровья космонавтов на основе бесконтактной регистрации физиологических функций в ночной период суток.

Наиболее длительным в истории космонавтики в настоящее время является 14-месячный полет врача – космонавта В.В. Полякова. На примере этого полета мы считаем целесообразным рассмотреть проблему долговременной адаптации организма человека к условиям невесомости. В этом космическом полете были проведены уникальные исследования, которые имеют важное значение не только для космической медицины, но и для физиологии и медицины в целом. Как показали проведенные исследования в течение 14-месячного полета сердечно-сосудистый гомеостаз поддерживался на уровне, близком к земному, с несколько более низкими значениями систолического и диастолического артериального давления начиная с 5-6-го месяца полета.

Однако сохранение сердечно-сосудистого гомеостаза, как мы знаем, имеет свою “физиологическую цену” и обеспечивается активной деятельностью соответствующих регуляторных механизмов. Деятельность регуляторных механизмов хорошо иллюстрирует представленная на рис. 13 динамика показателей мощности спектра вариабельности сердечного ритма в различных частотных диапазонах, характеризующих активность подкоркового вазомоторного центра (LF), состояние энерго -метаболического (VLF) и парасимпатического (HF) звеньев регуляции

Рис. 13. Динамика относительных значений мощности спектральных составляющих ВСР в 14-месячном космическом полете

На рисунке видно, что к началу 7-го месяца полета (189-е сутки) увеличивается тонус обоих отделов вегетативной нервной системы, что, возможно, является ответом на снижение активности вазомоторного центра и направлено на сохранение нормального артериального давления (хотя и сниженного по сравнению с предполетным уровнем. Однако в дальнейшем, на 8-9-й месяц полета, наблюдается резкий рост активности вазомоторного центра на фоне снижения тонуса обоих отделов вегетативной нервной системы. Наконец, новое существенное повышение активности симпатического звена вегетативной регуляции отмечается на 11-12-й месяц полета в ответ на снижение активности вазомоторного центра. Ключ к объяснению этих особенностей адаптационного процесса может быть получен при рассмотрении данных об изменениях сократительной функции сердца, связанных с метаболическими и энергетическими процессами в миокарде и данных об ультрадианных ритмах физиологических функций, которые могут быть исследованы в полете на основании анализа длительных ночных записей сердечного ритма.

Известно, что для поддержания сердечно-сосудистого гомеостаза, т.е. сохранения нормального уровня минутного объема кровообращения и нормального артериального давления, должны регулироваться работа сердечного насоса и тонус сосудистой системы. Поэтому насосная функция сердца, требующая расходования энергетических и метаболических ресурсов, является одним из важнейших объектов управления со стороны механизмов вегетативной регуляции. Для оценки насосной функции сердца в космическом полете использовались две методики: сейсмокардиография (СКГ) для оценки общей суммарной работы сердца и баллистокардиография (БКГ) для оценки внешней работы сердца. Как показали результаты исследований, уже со 2-го месяца полета амплитуда БКГ увеличилась почти вдвое. Это может быть связано с тремя обстоятельствами: 1) уменьшением объема циркулирующей крови, 2) ростом давления в малом круге кровообращения, 3) исчезновением гравитационного компонента кровообращения. Все эти причины ведут к увеличению скорости (и ускорения) изгнания крови желудочками (росту кинетической энергии сердечного выброса. Резкий рост внешней работы сердца наблюдался на 250-е сутки полета, что совпадает с максимумом активности симпатического отдела вегетативной нервной системы (ростом индекса напряжения регуляторных систем) и максимумом активности вазомоторного центра. Вполне резонно поэтому считать рост внешней работы сердца инотропным эффектом увеличения симпатического тонуса. При этом можно говорить и о повышении эффективности сердечных сокращений (рост кпд сердца). Иную картину демонстрирует динамика амплитуды СКГ. Во время полета изменения амплитуды СКГ выражены очень незначительно. Только начиная с 11-го месяца амплитуда СКГ растет, и к концу полета она вдвое превышает предполетный уровень. Однако максимальной величины амплитуда СКГ достигает после приземления. На 3-и сутки после возвращения на Землю амплитуда СКГ в 70 раз превышает исходные значения. Поскольку при этом амплитуда БКГ не только не растет, но и падает, можно говорить о резком снижении эффективности (кпд) работы сердца.

Итак, если обобщить изложенные выше данные о вегетативной регуляции кровообращения и сократительной функции сердца в длительном космическом полете, то можно выявить важные и интересные закономерности. Для сохранения сердечно-сосудистого гомеостаза при длительном пребывании в космосе регуляторные механизмы должны постоянно “искать” наиболее оптимальные соотношения между работой сердечного насоса и сосудистым тонусом. При этом, несмотря на регулярные физические тренировки космонавтов и систематическое выполнение ими всего комплекса профилактических мероприятий, в условиях длительной невесомости продолжают действовать такие факторы, как сниженная афферентация и как следствие этого уменьшение барорефлекторной чувствительности, перераспределение крови в верхнюю часть тела, сниженный объем циркулирующей крови. Поэтому в процесс адаптации включаются все новые дополнительные механизмы регуляции, которые действуют в направлении сохранения сложившегося сердечно-сосудистого гомеостаза.

Результаты 14-месячного полета во многом расширили наше представление о регуляции физиологических функций в условиях длительной невесомости. Считалось, что сложившийся к 5-6-му месяцу полета сердечно-сосудистый и вегетативный гомеостаз, водно-солевой и гормональный баланс и новые уровни функционирования других систем организма сохраняются в течение длительного времени. Однако, как мы видели на примере сердечно-сосудистого гомеостаза, его сохранение при увеличении длительности полета свыше 6 месяцев требует определенной “физиологической цены”, определенного напряжения регуляторных систем. В ходе 14-месячного полета удалось также выяснить некоторые новые важные особенности работы регуляторного механизма. Для этого были использованы данные эксперимента “Ночь”, который регулярно проводился в полете. Эксперимент “Ночь” имел своей основной целью изучение сердечной деятельности и дыхания в ночной период суток с помощью специальных бесконтактных датчиков, вмонтированных в спальный мешок космонавта. Об этом уже говорилось выше. Важной практической задачей этого эксперимента была отработка метода постоянного бесконтактного контроля за состоянием здоровья космонавтов. Такой метод имеет большие перспективы в будущем при организации орбитальных станций с большим числом членов экипажа и в межпланетных полетах. Здесь важно отметить, что бесконтактная регистрация физиологических функций в ночной период суток была впервые апробирована в длительном 14-месячном полете при участии врача-космонавта Валерия Полякова.

Используя бесконтактный метод регистрации во время сна, мы имели возможность проанализировать длительные многочасовые записи частоты пульса и исследовать так называемые сверхмедленные ритмы физиологических функций. К таким ритмам, в частности, относятся 90-минутные волны, связанные с циклами сна. По мнению многих исследователей, сверхмедленные колебания физиологических параметров с периодами, равными десяткам минут и часам, отражают состояние высших уровней управления вегетативными функциями, таких как гипоталамус, гипофиз, кора головного мозга Рассмотрим динамику только одного показателя активности высших вегетативных центров – коэффициента К, который представляет собой отношение мощности спектра волн часового диапазона (60–120 мин) к мощности спектра волн минутного диапазона (3–30 мин). На рис. 14 представлена динамика коэффициента К в 14-месячном полете. Следует отметить, что аналогичные исследования, проведенные в 4-х длительных 5-6-месячных полетах показали, что на 2-4-м месяцах пребывания в космосе наблюдается рост коэффициента К, связанный с активацией высших вегетативных центров. Но в 14-месячном полете мы наблюдали с 5-го до 9-го месяца дополнительную последовательную активацию высших вегетативных центров с постепенным ростом величины коэффициента К. Изучение длительности периодов часовых волн показало, что одновременно с ростом амплитуды часовых волн рос и их период; это указывает на активацию уровней регуляции все более высокого порядка .

Полученные данные хорошо коррелируют с результатами исследования содержания гормонов в крови, которые проводились в 14-месячном полете ( Григорьев А.И., Носков В.Б., Поляков В.В. и др., 1998). На 170-е сутки полета концентрация адреналина и норадреналина
превышала предполетный уровень более, чем в 4 раза, а на 287-е сутки – более, чем в 3 раза. Таким образом, предположение о том, что рост сверхмедленноволновой периодики сердечного ритма отражает рост активности регуляторных звеньев гипоталамо-гипофизарного уровня подтверждается данными гормональных исследований. Следовательно, это дает основание утверждать, что сохранение сердечно-сосудистого гомеостаза при длительном действии на организм разнообразных стрессорных факторов связано с последовательным включением в процесс адаптации все более высоких уровней управления физиологическими функциями. Этот вывод имеет фундаментальное значение не только для космической медицины, но для прикладной физиологии и профилактической медицины. Следует указать, что положение о передаче управления от нижележащих уровней к вышележащим в случаях перенапряжения или истощения соответствующих механизмов регуляции было впервые обосновано в монографии В.В.Парина и Р.М.Баевского “Введение в медицинскую кибернетику” (1966). Затем это представление получило развитие как один из важных прогностических критериев и в ряде других наших работ (Р.М.Баевский, 1979; (А.А.Айдаралиев и др., 1987; А.И. Григорьев, Р.М. Баевский, 2001).

Рис. 14. Степень активации высших вегетативных центров (по значениям коэффициента К) в 14 месячном космическом полете.

В последние годы интенсивно разрабатываются проекты, связанные с возможностью пилотируемого полета на Марс. При этом большое внимание уделяется вопросам обеспечения безопасности полета и надежности работы экипажа. Важной предпосылкой успешного осуществления марсианской экспедиции является способность организма человека адаптироваться к условиям длительного космического полета без существенных изменений земного уровня функционирования основных жизненно важных систем. Анализ состояния организма космонавтов во время и после продолжительного пребывания в невесомости не выявил каких-либо патологических отклонений, препятствующих постепенному увеличению длительности пилотируемых полетов. Однако, исследованиями на ОС “Мир” и на МКС у членов экипажей были выявлены функциональные изменения нейрогормональной регуляции, указывающие на то, что сохранение гомеостаза основных жизненно важных систем организма обеспечивается благодаря активной деятельности регуляторных систем (А.И. Григорьев. и соавт., 1998; А.И. Григорьев, Р.М. Баевский, 2001). Это означает, что медицинский контроль при пилотируемых полетах к Марсу наряду с традиционным подходом, должен быть направлен и на оценку состояния регуляторных систем, поскольку именно перенапряжение механизмов регуляции и связанное с ним снижение функциональных резервов является одним из главных факторов риска развития заболеваний.

Экипаж марсианской экспедиции будет длительное время находиться в условиях хронического стресса, что обусловлено не только удаленностью от Земли, изоляцией и полной автономностью существования корабля. Здесь будут действовать и социально-бытовые причины (групповое психологическое взаимодействие), и условия труда (монотонность и напряженность), и физические факторы (длительная невесомость и
возможные “всплески” космической радиации). В этих условиях нельзя исключить обострение “дремлющих” в любом организме очагов инфекции, хронических заболеваний или начальных бессимптомных форм патологии.

Все эти факторы риска должны учитываться при реализации столь сложного и беспрецедентного проекта, как полет к Марсу. Выход из строя хотя бы одного члена экипажа может поставить экспедицию на грань срыва. Поэтому прогнозирование возможных нарушений здоровья должно лежать в основе системы медицинского контроля. Каждый член экипажа должен рассматриваться как самостоятельный и автономный объект прогноза. Математические модели его возможных функциональных состояний должны строиться исходя из типа регуляции и индивидуальных особенностей реагирования с учетом возрастно-половых характеристик и всего массива предполетных данных. Формируемые прогнозы должны исходить как из вероятных в будущем неблагоприятных состояний и заболеваний (нормативное прогнозирование), так и из своевременной оценки неблагоприятных тенденций развития текущего состояния в сторону роста напряжения регуляторных систем и снижения функциональных резервов (исследовательское прогнозирование).

Поскольку одной их главных особенностей полета к Марсу будет полная автономность корабля, невозможность незапланированного возвращения и ограниченность запасов пищи, воды, кислорода, оборудования и снаряжения, то весьма жесткие требования предъявляются и к системе медицинского контроля и прогнозирования состояния здоровья членов экипажа. Поэтому вычислительный комплекс марсианского корабля должен быть оснащен мощной медицинской информационной системой с блоками автоматизированной экспертной оценки данных и с подсистемой телемедицинской связи с наземными консультативными группами. Можно предполагать, что в ходе длительного полета к Марсу медицинская информационная система должна формировать три типа заключений: 1) о текущем функциональном состоянии членов экипажа (по возможности ежедневно); 2) итоговое заключение о состоянии здоровья за определенный интервал времени, например за неделю; 3) клинико-прогностическое заключение по результатам углубленного диспансерного обследования не реже, чем 1 раз за 1-1,5 месяца. Естественно, что методология и конкретные методы указанных видов обследований будут существенно различаться. Рассмотрим более подробно каждый из трех упомянутых видов обследований.

Текущее функциональное состояние членов экипажей во время полетов ОС “Мир” и Международной космической станции ежедневно контролировалось и контролируется медицинской группой Центра управления полетами. Этот контроль осуществляется по радиопереговорам экипажа с Землей, по анализу выполняемых экипажем операций, по объективным показателям систем жизнеобеспечения (состав атмосферы, температура и т.п.). В марсианском полете такой контроль будет невозможен. Вместе с тем необходимость ежедневного контроля в сверхдлительном полете многократно возрастает в связи с повышением степени риска возникновения нарушений здоровья. Кроме того, этот контроль должен быть еще более информативным и в интересах прогнозирования возможных отклонений. В качестве средства ежедневного контроля в марсианском полете может быть предложена бесконтактная регистрация физиологических функций во время ночного сна. Основные преимущества этой методики очевидны: а) она не требует специального времени, так как исследование проходит во время сна; б) она позволяет получить большой объем разнообразной информации о состоянии сердечно-сосудистой, дыхательной, мышечной системы; в) она позволяет определять длительность и стадии сна и, таким образом, судить о качестве сна; г) она дает возможность оценить деятельность механизмов вегетативной регуляции на разных стадиях сна, а также в периоды засыпания и пробуждения.

Для еженедельных исследований (второй уровень системы оценки и прогнозирования состояния здоровья) должна быть разработана методология, которая позволяла бы определять все три компоненты функционального состояния (УФ, СН и ФР) в рамках достаточно простой и короткой схемы измерений для того, чтобы она могла проводиться самостоятельно каждым членом экипажа. Это должна быть стандартная процедура в программе полета с выдачей обследуемому краткого заключения о состоянии здоровья с необходимыми рекомендациями по режиму труда и отдыха и оздоровительно-профилактическим мероприятиям. Создание соответствующей методологии, аппаратуры и программных средств представляет сложную задачу, и над ее решением следует начать работу как можно быстрее. В качестве начального варианта системы еженедельных обследований может быть предложен разработанный для установки на МКС прибор “Пневмокард”, дополненный специализированным опросником (автоинтервьюером). Рассматривая систему кровообращения как индикатор адаптационных реакций всего организма, мы можем использовать данные, получаемые с помощью “Пневмокарда”, как ключ к пониманию процессов адаптации организма к условиям невесомости. Здесь важную роль играет анализ вариабельности физиологических показателей, в колебаниях которых заключена информация о состоянии различных звеньев регуляторного механизма.

Третий уровень системы оценки и прогнозирования состояния здоровья членов марсианского экипажа, по нашему представлению, должен являться многоцелевым клинико-диагностическим комплексом с мощной системой экспертных оценок. В таком комплексе, по нашему мнению, должны быть блоки анкетного опроса, психологического тестирования, оценки умственной и физической работоспособности, исследования состояния всех основных жизненно важных систем и органов, биохимических исследований.

Пожалуй, главным элементом системы оценки и прогнозирования состояния здоровья членов марсианского экипажа будет информационно-аналитический комплекс - вычислительная система, содержащая все программы анализа информации, банк данных, системы искусственного интеллекта, участвующие в экспертной оценке данных, базу знаний, справочную систему. В этом комплексе будут формироваться заключения о состоянии здоровья и прогнозы. С информационно-аналитическим комплексом будет соединен телемедицинский блок, обеспечивающий связь с медицинскими консультационными группами на Земле. В задачи этого блока будет входить и передача на Землю основной информации о здоровье членов экипажа, получаемой на всех трех уровнях исследования. Естественно, потребуется отбор информации, подлежащей обязательной передаче и разработка методов сжатия (кодирования) данных.

В результате многолетних исследований в рамках космической медицины разработана новая концепция оценки и прогнозирования состояния здоровья членов экипажей во время длительных космических полетов. Эта концепция, основанная на представлениях теории адаптации и учения о гомеостазе, реализована в виде конкретных технологий исследования, которые активно применяются не только в космической медицине, но и в практике здравоохранения. Созданные новые технологии в настоящее время уже начали использоваться на МКС (эксперимент “Пульс”), и ведется подготовка к более широкому их применению (эксперименты “Пневмокард”, “Сонокард”, “Резерв”).

В ближайшие годы космической медицине предстоит решить принципиально важный вопрос о дополнении штатных систем медицинского контроля за состоянием здоровья членов экипажей методами оценки функциональных резервов и состояния регуляторных механизмов. Без этого не может быть и речи о прогнозировании начальных проявлений патологии, что крайне важно в длительных космических полетах.

Новый шаг в развитии системы оценки и прогнозирования состояния здоровья человека в длительных космических полетах может быть сделан на основе следующих положений:

1) Сердечно-сосудистая система является чувствительным индикатором адаптационных реакций всего организма. Ее регуляция отражает все уровни управления физиологическими функциями. Процессы управления (информационные процессы) играют ведущую роль при адаптации организма к новым необычным условиям окружающей среды, особенно к экстремальным, стрессорным факторам;

2) Процессы адаптации носят стадийный характер и хорошему приспособлению к новым условиям окружающей среды предшествует стадия напряжения, регуляторных систем, что связано с необходимостью перенастройки адаптационных механизмов на новый уровень деятельности в новых условиях и с мобилизацией необходимых для этого функциональных резервов. Поэтому. оценка степени напряжения регуляторных систем на разных этапах космического полета позволяет судить о "цене адаптации", т.е. о способности организма сохранять гомеостаз основных жизненно важных систем без перенапряжения и истощения регуляторных механизмов.

3) Длительное напряжение регуляторных механизмов ( высокая "цена адаптации") ведет к развитию так называемых донозологических состояний, когда организм для выполнения стандартной деятельности должен расходовать значительно больше функциональных резервов, чем обычно. В дальнейшем возникает перенапряжение и истощение регуляторных механизмов с развитием преморбидных состояний и различных патологических отклонений.

Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии является особенно актуальным при межпланетных полетах. Там развитие патологии у любого из членов экипажа может поставить под угрозу срыва всю экспедицию, поэтому возможно более раннее выявление признаков вероятного заболевания является жизненно необходимым. Поэтому мы должны научиться решать эту важную задачу как можно раньше, чтобы использовать найденные решения при подготовке первого пилотируемого полета к Марсу.

======

В заключение мне бы хотелось, прежде всего, выразить благодарность сотрудникам своей лаборатории, многолетний совместный труд с которыми я обобщил в представленном сегодня докладе. С Ириной Исаевной Фунтовой и Галиной Андреевной Никулиной мы работаем вместе более 40 лет со времени основания лаборатории. Их труд и энтузиазм вложены в многочисленные бортовые и наземные эксперименты. Почти 15 лет плодотворно работает в лаборатории Анна Григорьевна Черникова. Я хотел бы вспомнить и тех, кто работал с нами вместе в разные периоды и сделал весомый вклад в общее дело. Это В.И. Кудрявцева, Т.Д. Семенова, Ж.В. Барсукова, Е.В. Хозяинова и многие другие.

В последние годы к нам пришла молодежь, энергия которой ускорила развитие наших исследований. Е.Ю. Берсенев, успешно защитив кандидатскую диссертацию, теперь использует методы космической кардиологии в области спортивной медицины. Молодой врач-невропатолог А.В. Пащенко, хорошо знающий медицинскую информатику, активно включился в подготовку новых экспериментов на МКС. Я считаю, что нет ничего важнее, чем передача своего опыта и знаний молодежи. Чтобы наши дела продолжались, мы для этого не должны жалеть ни сил, ни времени.

Я благодарен судьбе за то, что она подарила мне счастье работать в таком уникальном институте, как наш, который, несмотря на все трудности, находится в авангарде мировой науки, успешно решая теоретические и прикладные проблемы космической медицины.

Я с детства интересовался астрономией, межпланетными полетами. Мои любимые книги - фантастика на космические темы. Я начал свой путь в космической медицине в 1959 году, когда готовили к полету собак Белку и Стрелку, первых вернувшихся из космоса на Землю живых существ. И, по-видимому, этот путь был предначертан мне свыше.. Как сказал известный бразильский писатель Пауло Коэльо, “У человека одна единственная обязанность – следовать своей Судьбе до конца. В ней все. И помни, что, когда ты чего-нибудь хочешь, вся Вселенная будет способствовать тому, чтобы желание твое сбылось”.

Не случайно, судьба подарила мне учителя, замечательного ученого и человека Василия Васильевича Парина, столетие со дня рождения которого мы недавно отмечали. Я благодарен Олегу Георгиевичу Газенко за его мудрое руководство и помощь на первых этапах моего пути в космической медицине. За более чем сорокалетнюю работу в институте были у меня и моих сотрудников не только успехи и достижения, но и препятствия, трудности и неудачи. За все это я благодарен судьбе, потому что, как известно, путь к звездам лежит через тернии.

Особые слова благодарности я хотел бы принести Анатолию Ивановичу Григорьеву. Его активная поддержка наших инициатив, доброжелательное отношение и глубокое понимание наших проблем делают движение по избранному пути более плодотворным и быстрым. Я хочу поблагодарить Виктора Михайловича Баранова за постоянную помощь в решении наиболее важных научных и практических вопросов. Спасибо Валерию Михайловичу Михайлову за его повседневную заботу о нашем коллективе, о том, чтобы мы могли работать в спокойной и доброжелательной обстановке.

Хочу поблагодарить Валерия Владимировича Полякова за его активное участие в наших исследованиях, в том числе в апробации на ОС “Мир” нового способа бесконтактной регистрации физиологических функций во время сна

Я благодарен всем тем сотрудникам института, с кем совместно мы проводили исследования, кто содействовал и помогал нашей работе. Это И.В. Алферова, М.С. Белаковский, В.В. Богомолов, И.Б. Козловская, А.Р. Котовская, И.Д. Пестов, В.М. Петров, Г.И. Самарин, А.П. Шуленин и многие другие.

Я благодарю Службу главного конструктора и Международный отдел института, которые оказывали нам повседневную помощь.

Я хотел бы с благодарностью вспомнить нашу совместную работу с Иваном Ивановичем Бряновым, благодаря вниманию и поддержке которого разработанные нами новые технологии и методы были успешно использованы в исследованиях на орбитальных стациях “Салют” и “Мир”.

Наши достижения были бы невозможны без активного и дружественного участия тех учреждений, которые совместно с нами создают новые методы и технологии для космических исследований. Я хотел бы выразить свою благодарность Дмитрию Анатольевичу Прилуцкому - генеральному директору фирмы “Медицинские компьютерные системы” и Юрию Николаевичу Семенову – директору Института внедрения новых медицинских технологий “Рамена”.

Я пользуюсь возможностью поблагодарить за постоянную помощь и поддержку свою жену, друга и соавтора Азалию Павловну Берсеневу, которая активно участвовала в разработке и развитии методов донозологической диагностики.

Я хотел бы поблагодарить за творческое сотрудничество своих зарубежных коллег и друзей. В первую очередь это доктор Йенс Танк -ведущий сотрудник Клиники Шарите Университета им. Гумбольдта в Берлине. Я также благодарю доктора Юргена Дрешера ( Германия), доктора Джона Каремакера (Голландия), доктора Андре Обера (Бельгия), профессора Томаса Кеннера (Австрия).

Спасибо членам Ученого совета и всем, кто присутствует на этом торжественном заседании. Спасибо Ученому секретарю Совета Людмиле Борисовне Буравковой за ее помощь в подготовке и публикации доклада.

Спасибо за внимание.