АНАЛИЗ СПОСОБОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ГИПОГРАВИТАЦИИ

АННОТАЦИЯ

Прогрессивное развитие космической медицины предполагает разработку способов моделирования явления пониженной гравитации в земных условиях на лабораторных животных. В процессе работы было разработано и создано две камеры для моделирования гипогравитации и гидроневесомости. Обе камеры позволяют моделировать в той или иной степени физиологические эффекты гипогравитации. Данное устройство может быть использовано в клинической медицине для выявления основных закономерностей развития гравитационно-зависимых патологических процессов, разработки методов редуцирования негативных эффектов при длительном нахождении в космическом пространстве.

Ключевые слова: гипогравитация, ортостатическое вывешивание, гидроневесомость.

Прогрессивное развитие космической медицины, изучающей влияние невесомости на организм космонавтов и способы предотвращения негативных эффектов при длительном нахождении в космическом пространстве, предполагает разработку способов моделирования явления пониженной гравитации в земных условиях на лабораторных животных[1]. Поэтому стремление уменьшить выраженность патологических изменений в органах и тканях космонавтов, подталкивает исследователей не только к выбору способа проведения эксперимента, но и к детальному анализу его оснащения.

Камера для моделирования эффектов пониженной гравитации способом "сухой" иммерсии на лабораторных особях(патент на полезную модель № 193550) состоит из пластиковой камеры прямоугольной формы, с отверстиями в верхней части для подводящей трубки,  по которой подается воздух, и отводящей трубки, через которую отводится воздух. На дне камеры расположены параллельные направляющие, на которых установлены  каретки с подшипниками, закрепленные  на каретках  перпендикулярно направляющим подвижные балки, гидрокостюм из резиновой ткани, состоящий из двух частей: туловищной и головной из прозрачного пластика, фиксирующих элементов - ремней с кольцами и резиновых лент, компрессора, источника питания. Устройство работает следующим образом. К герметичной пластиковой камере высотой, через отверстия на боковой и задней стенках подсоединяют подводящую и отводящую трубки соответственно. В камеру помещается экспериментальная особь в гидрофобном костюме, к головной части которого подводятся две трубки: подводящая трубка, снаружи соединенная с компрессором, обеспечивает подачу воздуха в костюм, и отводящая трубка, обеспечивающая удаление воздуха из костюма.  Ремни с кольцами, расположенные на туловищной части гидрокостюма, закрепляются на животном - один около передних конечностей, второй около задних конечностей. К ремням присоединяются посредством колец резиновые ленты, каждая из которых закреплена на соответствующей подвижной балке.  Головная часть гидрокостюма герметично крепится к туловищной части, например, при помощи клипсы для крепления. То есть, костюм фиксируется головной частью к воздухоносным трубкам и к одной подвижной балке посредством резиновой ленты, туловищной частью – к двум подвижным балкам с помощью двух колец и двух резиновых лент. Таким образом, решается основная проблема преодоления силы выталкивания воды и соблюдается одно из условий моделирования гипогравитации в водных условиях - свободное передвижение экспериментальной особи по водной камере.

Затем компрессор, подключенный к источнику питания, начинает нагнетать воздух в головную часть костюма через подводящую трубку, создавая градиент давления между воздухом подводящей и отводящей трубок, за счет которого воздух из отводящей трубки по градиенту будет поступать в окружающую среду. Благодаря такой циркуляции воздуха, достигается возможность физиологического дыхания. Затем, камера полностью заполняется водой, экспериментальная особь всплывает на длину резиновых лент, и находится в зафиксированном состоянии на протяжении установленного экспериментального срока.

Наиболее эффективно камера гидроневесомости может быть использована для моделирования физиологических эффектов пониженной гравитации на опорно-двигательную систему, на сердечно - сосудистую систему[2], в частности перераспределения кровотока между различными частями тела, на состояние органов грудной клетки и брюшной полости. Использование данного способа позволяет не только оценить возможные физиологические сдвиги в указанных системах, но и влияние этих изменений на процесс функционирования жизненно важных органов.

Преимущества и недостатки водной камеры для моделирования условий невесомости:

1. Камера гидроневесомости способствуют более приближенному и менее травмоопасному воздействию на организм экспериментального животного, при классическом ортостатическом вывешивании есть риск вывесить животное под неподходящим углом, что грозит искажением итоговых данных или же травматизации или гибели животного.

2. В данной модели животное находится в гидрокостюме, через который идет нагнетание воздуха с помощью насоса. Тело животного зафиксировано с помощью стяжек и строп, которые позволяют фиксировать положение в одной точке. При классическом вывешивании точка фиксации одна, и в зависимости от физических показателей животного, оно может извиваться и пытаться выбраться из данных условий, тем самым искажая конечные данные.

3. Недостатки камеры гидроневесомости заключаются в том, что изготовление гидрокостюма требует внушительных затрат времени.

В процессе работы было разработано и создано две камеры для моделирования гипогравитации и гидроневесомости. Обе камеры позволяют моделировать в той или иной степени физиологические эффекты невесомости. Условия, моделируемые в камере гидроневесомости являются самыми оптимальными и приближенными к условиям невесомости в космосе. В центрах подготовки космонавтов проводятся занятия в гидролаборатории, в которой работа космонавтов максимально приближена к работе в условиях невесомости [3]. При использовании камеры гипогравитации при моделировании, сила притяжения Земли воздействует на экспериментальную особь, что, безусловно, ставит под сомнение точность эксперимента. В камере гидроневесомости нивелируется эффект силы притяжения, так как экспериментальная особь постоянно находится в водной среде, тем самым позволяет максимально точно смоделировать условия, близкие к невесомости. Несомненно, камера гипогравитации более проста в создании и использовании, что дает ей преимущество над камерой гидроневесомости и позволяет смоделировать эффекты невесомости на большем количестве особей, при этом жертвуя точностью эксперимента.

Таким образом, камера гидроневесомости, благодаря ряду преимуществ, позволяет проводить более длительные, безопасные, комплексные исследования. Данное устройство может быть использовано в клинической медицине для выявления основных закономерностей развития гравитационно-зависимых патологических процессов, разработки методов редуцирования негативных эффектов при длительном нахождении в космическом пространстве.

Список литературы:

1. Газенко О.Г. Человек в космосе. // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 2006. 396 с. ISBN 5-902119-05-07.
2. Донина Ж.А., Баранов В.М., Александрова Н.П., Ноздрачев А.Д. Дыхание и гемодинамика при моделировании физиологических эффектов невесомости. // СПб.: Наука; 2013. 182с. ISBN:978-5-02-038362-3
3. Hargens A.R, Richardson S. Cardiovascular adaptations, fluid shifts, and countermeasures related to space flight// Journal of Respiratory Physiology & Neurobiology October 2009. № 169, P:30-33; DOI: https://doi.org/10.1016/j.resp.2009.07.005 DOI: