Введение к работе
Актуальность проблемы
Пилотируемая космонавтика ведет отсчет от первого полета человека в космос, который совершил гражданин СССР Ю.А. Гагарин 12 апреля 1961 года. Анализ результатов послеполетных обследований выявил отчетливую тенденцию к нарастанию глубины физиологических изменений состояния космонавта в зависимости от длительности полета. Очевидгго, что для увеличения продолжительности космических полетов, необходимо существенно расширить оперативный медицинский контроль на борту космического аппарата, дополнить его периодическими углубленными исследованиями и внедрить систему профилактических мероприятий, нивелирующих воздействие невесомости на организм человека и облегчающих реадаптацию космонавта к земным условиям. Основной целью медицинского контроля, в самом общем виде, является сохранение здоровья и обеспечение безопасности космонавтов на всех этапах полета, выявление изменений функционального состояния организма, а также диагностика неблагоприятных состояний и заболеваний, которые могут вызвать экстремальную ситуацию в полете.
Для проведения медицинского контроля необходимо создавать технические системы, позволяющие получать достоверные знания о состоянии организма космонавтов в любых экстремальных условиях космического полета Организационно технические средства медицинского контроля относятся к системам обеспечения жизнедеятельности, что подчеркивает их значение для обеспечения безопасности пилотируемой космонавтики.
Освоение человеком космического пространства поставило перед «земным» организмом новую задачу адаптации к условиям невесомости или микрогравитации. О.Г. Газенко (1984 г.) в своих работах отмечает, что адаптация к новой среде обитания вызывает перестройку всех систем организма. Работами многих авторов подтверждается, что адаптационные изменения происходят в
системах обмена и кроветворения. Разработанная Г.И.Козинцом (1995 г.) концепция стабильности кроветворения предполагает высокие адаптационные возможности указанных систем. Поэтому биохимические и гематологические исследования крови, биохимические исследования мочи и возможно других биологических жидкостей человека позволяют судить о состоянии здоровья космонавта во время выполнения космического полета. Сформулированная А.И. Григорьевым и А.Д. Егоровым (1999 г.) концептуальная модель медицинского контроля в космических полетах включает в себя биохимические и гематологические исследования. Система медицинского контроля в космическом полете должна строиться на основе патогенетического принципа, т.е. применительно к отдельным состояниям. Относительно исследования жидких сред человека это возможно при создании технологий, позволяющих получить в невесомости точные результаты и иметь возможность достоверного сравнения их с результатами наземных исследований. Поэтому разработка концепции выбора методов и средств медицинского контроля состояния жидких сред человека в условиях космического полета с целью обеспечения безопасности экипажей космических объектов в условиях невесомости является актуальной проблемой.
Цель работы
Целью настоящей работы является создание структуры и методологии медицинского контроля и изучения жидких сред человека для обеспечения безопасности космонавтов в экстремальных ситуациях космического полета.
Прикладная цель: создание аппаратурно-программных комплексов медицинского лабораторного контроля жидких сред человека в условиях космического полета
Задачи исследования:
- Анализ структуры методов исследования жидких сред человека, используемых в космическом полете;
Исследование и обоснование структуры метода «сухая химия» при работах в условиях космического полетай экстремальных ситуациях;
Исследование структуры методов анализа форменных элементов крови в условиях космического полета и экстремальных ситуациях;
Постановка и решение задачи оптимизации структуры методов медицинского лабораторного контроля жидких сред человека в условиях космического полета и экстремальных ситуациях с учетом решения задачи контроля качества и времени исследования.
Материалы исследования
— Наземные эксперименты:
1-я группа. Произвольные группы из 54 обследуемых здоровых людей и пациентов центра «Гемодиализа» клинической больницы №119. В качестве исследуемого материала использовалась венозная и капиллярная кровь, моча Взятие проб осуществлялось в течение 2-Зх суток.
2-я группа. Участники экспериментов "Hubes" — 3 человека. Эксперимент, проводимый по согласованной международной программе "Hubes", Европейским космическим агентством и Россией, выполнялся на базе экспериментального комплекса ГНЦ РФ ИМБП РАН в модельных условиях, близких к базовому блоку станции «Мир» (за исключением невесомости). Продолжительность эксперимента 135 суток. Взятие крови для биохимических исследований осуществлялось каждые 28 дней. Исследовалась капиллярная кровь из пальца. Взятие проб мочи осуществлялось каждые 2 недели. Взятие проб для гематологических исследований на приборе ««АФЕК-01»» аналоге прибора «Микровзор» осуществлялось на 11-е, 31-е, 60-е, 87-е, 115-е, 129-е сутки эксперимента. В соответствии с графиком взятия проб крови для прибора «Рефлотрон» производился забор крови из вены для биохимического исследования рутинным способом.
3-я группа. Участники эксперимента 120-суточной артиортостатической гипокинезии, женщины-добровольцы. Эксперимент проводился ГНЦ РФ ИМБП РАН на базе клинической больницы МСО-119. Восемь женщин-участниц эксперимента были разделены на 2 группы («А» и «Б»). В одной из обследуемых групп («А») во время постельного режима проводились физические тренировки по программам, рекомендованным для космического полета. В группе «Б» никакие профилактические средства не применялись в течение всего эксперимента. Забор проб крови и мочи проводился аналогично эксперименту «HUBES».
4-я группа Участники эксперимента «SFINCSS» - 11 человек, разделённые на 3 экипажа. Международный эксперимент «SFINCSS», проводимый по согласованной международной программе "NASDA", проводился на базе ГНЦ РФ ИМБП в условиях, моделирующих полёт на международной космической станции. Исследования крови и мочи проводились 1 раз в 4 недели, что соответствует циклограмме медицинского обследования (МО) на международной космической станции.
— Полетные исследования:
5-я группа. Космонавты, принимавшие участие в космических полётах на станции «Мир» в период с 1989 года по 1999 год. Причём 83 космонавта совершили более одного полёга. В настоящей работе представлены материалы по космическим полётам, совершённым до 2 февраля 1999г. Всего было обработано 217 человеко-полётов.
Методы исследования
В настоящей работе применялись следующие методы исследования:
Взятие проб крови и мочи;
Биохимические исследования по программам медицинского контроля крови и мочи на станциях «МИР» и МКС (МК-12, МК-27 (МО-9, МО-11));
Методы количественной оценки форменных элементов крови;
Методы морфологической оценки форменных элементов крови;
Методы классической биохимии (жидкостные биохимические анализаторы 5-го поколения);
Компьютерная обработка результатов исследований;
Компьютерная система ««АФЕК-01»»- макет аппаратурного комплекса «Микровзор П»;
Комплекс «Микровзор»;
- Аппаратурно-программный комплекс «Биоарм»;
Классические биохимические исследования проводились при помощи аппаратуры «Техникон ВА-1000» (фирма «Техникой», США), «Автолаб», Хитачи 917, «Мидитрон» фирма «Берингер-Маннхэйм», а также сертифицированными методами, используемыми клинико-биохимической лабораторией больницы МСО-119.
Взятие периферической крови для исследования в процессе отбора, профессиональной подготовки, тренировок и испытаний осуществлялось:
венозной — с использованием приспособления "Vacutainer" (Becton Dicrinson Vacutainer System Europe, France) и специальных приспособлений, разработанных NASA, USA;
капиллярной — стандартными скарификаторами; (системой "Autocliex" (производство фирмы «Берингер-Маннхэм»), представляющими собой автоматизированный прибор для прокола пальца Устройство гарантирует одноразовость применения блока иголки и контактирующих с пальцем поверхностей. Используется после соответствующих испытаний и сертификации, проведенных при участии автора, на станции «МИР» и МКС).
Количественные методы оценки форменных элементов крови осуществлялись по общепринятой методике и при помощи аппаратурно-программного комплекса ««АФЕК-01»», сертифицированного Госстандартом России и Минздравом России.
Обработка результатов
Статистические исследования, обработка результатов и комплексный анализ данных проводились методами корреляционного, дисперсионного и факторного анализа стандартного пакета "Statgraf'. Использовался коэффициент ранговой корреляции Спирмена между случайными величинами регулирующих и регулируемых параметров. Формализация данных обеспечивалась с помощью объектов медицинской информатики интервальных и матричных (бинарных) структур.
Научная новизна
Предложена и обоснована в многочисленных полетных и наземных экспериментах, а также при помощи методов математического анализа структура метода «сухая химия» для условий микрогравитации.
Впервые получены экспериментальные результаты биохимических и морфологических параметров жидких сред человека в условиях космического полета. Выявлены характерные изменения биохимических параметров крови и мочи космонавтов в период пребывания в условиях длительно действующей невесомости. Разработана структура системы анализа клеточных элементов крови на основе метода распознавания образов.
Предложена и математически обоснована структура системы методов медицинского контроля жидких сред человека в условиях космического полета, учитывающая критерий качества результата исследования.
Теоретическое и практическое значение
Разработаны и внедрены система биохимического и гематологического контроля параметров крови в условиях космического полета и система биохимического контроля параметров мочи в условиях космического полета Даны практические рекомендации по использованию указанных систем в космическом полете с учетом работы на них космонавтов, не имеющих
специального медицинского образования. Доказано, что точность и достоверность получаемых результатов медицинского контроля биологических жидкостей человека удовлетворяет международным требованиям и требованиям Минздрава России.
Реализация и внедрение результатов
Предложенные и обоснованные структуры' методов медицинского лабораторного контроля жидких сред человека и разработанные на их основе агшаратурно-программные комплексы были рекомендованы и реализованы на практике для медицинского контроля на станции «МИР» и применяются на международной космической станции. Разработанные и сертифицированные Минздравом России системы «Биоарм» и «АФЕК-01» используются в наземных модельных экспериментах, общей медицинской практике, медицине катастроф и в практике телемедицины в виде звеньев системы «сетьевых инструментов».
Положения, выносимые на защиту
Структура системного анализа, базирующаяся на принципах медицинского контроля биохимических параметров жидких сред человека в условиях космического полета, основанная на поведении жидкости в капиллярном слое и капилляре;
Комплексный подход к реализации лабораторного анализа медицинского контроля жидких сред человека в условиях космического полета, включающий микроклиматические факторы окружающей среды и невесомость, связанный с точностью и достоверностью результатов исследования;
Алгоритм построения многоуровневой диагностнко-прогностической системы лабораторного анализа жидких сред человека в условиях космического полета, удовлетворяющий требованиям Минздрава России, предъявляемым к лабораторным анализам.
Апробация работы
Основные положения диссертации были доложены на П и Ш международных Аэрокосмических Конгрессах (1998 г. Москва, 2000 г. Москва); Ш российско-американском симпозиуме (1997 г. Хантсвилл, США); XI Конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (1998 г. Москва); Всероссийской Конференции "Клиническая лабораторная диагностика — состояние и перспективы" (1996 г. Санкт-Петербург); Международном симпозиуме "Человек в космосе" (1997 г. Вашингтон); Международной космической конференции «Космос без оружия»; других международных и Всероссийских конференциях и на заседании кафедры 607 МАИ.
Публикации по теме диссертации
По теме диссертации опубликовано 36 работ, в том числе в официальных описаниях к двум авторским свидетельствам на изобретения и одному патенту.
Структура и объем диссертации
