Imersia „uscată” (SI) este o metodă unică de a crea imponderabilitate pe Pământ.
Metoda a fost dezvoltată în anii 1970 de către angajații Institutului de Probleme Biomedicale K. B. Shulzhenko și I. F. Vil-Villiams pentru a studia experimental schimbările fizice și mentale din corpul uman sub imponderabilitate. Este principala tehnologie folosită în domeniul psihologiei spațiale , fiziologiei și medicinei pentru formarea și reabilitarea astronauților.
SI vă permite să reproduceți factori de zbor în spațiu precum suportul și descărcarea axială a greutății, redistribuirea fluidelor corporale, inactivitatea fizică. SI face de asemenea posibil ca psihologii spatiali sa rezolve probleme precum: pregatirea psihologica pentru conditii intr-un spatiu alterat; dezvoltarea rezistenței la stres, a autoreglării și a performanței în imponderabilitate, precum și a trăsăturilor sexuale ale schimbărilor în sferele cognitive, emoționale și comportamentale ale unei persoane aflate în imponderabilitate. Modelul permite studierea eficacității diferitelor mijloace și metode de prevenire a efectelor negative ale descărcării gravitaționale. Metoda este din ce în ce mai utilizată în medicina sportivă și clinică [1] .
Capacitatea de a studia efectele imponderabilității asupra oamenilor în timpul și după zborul spațial a fost și rămâne extrem de limitată din cauza programelor astronauților, a numărului mic de echipaj și a duratelor scurte de zbor. Precum și incapacitatea de a ajusta unele variabile în timpul experimentului, cum ar fi dieta și exercițiile fizice. Nevoia de modele la sol care simulează imponderabilitate a apărut pentru a studia răspunsurile fiziologice la zborul spațial [2] .
De la începutul anilor 1960, oamenii de știință au lucrat la crearea unui model optim de spațiu nesuportat pe Pământ pentru antrenament și studierea impactului unui astfel de mediu asupra corpului uman.
După cel mai lung zbor din acel moment (17 zile), cosmonauții Soyuz-9 Andriyan Nikolaev și Vitaly Sevastyanov s-au întors pe Pământ și, conform medicilor Institutului de Probleme Biomedicale , au întâmpinat dificultăți semnificative în a se obișnui cu gravitația Pământului. La trei luni de la întoarcere, Nikolaev a avut un atac de cord, apoi altul. Imponderabilitate a avut un efect negativ asupra corpului uman. Pe lângă tulburările în activitatea sistemului cardiovascular, medicii au evidențiat tulburări în funcționarea aparatului vestibular, atrofie musculară și leșie de calciu din țesutul osos. Nu era clar cât timp va dura procesul de recuperare.
Apoi, în 1970, încă nu se știa dacă o ședere lungă în spațiu era chiar posibilă. Se adoptă o declarație de anulare a creșterii timpilor de zbor împreună cu colegii americani. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au trebuit să găsească o modalitate de a elimina gravitația pământului.
Însăși ideea de a folosi apa ca model de spațiu nesuportat mi-a venit în minte chiar și Alexei Leonov . A fost creat un hidrolaborator cu o machetă a unei stații orbitale scufundate în apă, în care cosmonauții își exersează până astăzi abilitățile de plimbare în spațiu .
La începutul anilor 1970, angajații Institutului de Probleme Biomedicale (IMBP) K. B. Shulzhenko și I. F. Wil-Williams au dezvoltat o metodă pentru studii de imersiune pe termen lung, bazată pe principiul imersiei „uscate”, creată de o țesătură specială impermeabilă și foarte elastică [ 3] .
În ansamblu, astfel de efecte ale imponderabilității precum hipodinamia, eliminarea gradientului vascular vertical, eliminarea sarcinii de greutate și, în consecință, stimulii de sprijin sunt reproduse pe deplin în mediul de imersie. Acești trei factori reprezintă baza fundamentală pentru dezvoltarea efectelor adverse ale imponderabilității, atât în zborul spațial real, cât și în imersiunea „uscata”. De la apariția noului model, acesta a devenit principalul pentru studierea efectelor imponderabilității în timpul expunerilor de 5-7 zile, egală cu durata așa-numitelor zboruri scurte la stațiile spațiale.
Scufundările prin scufundare pot fi clasificate în prezent după cum urmează:
Cea mai productivă din punct de vedere experimental este imersiunea „uscata”, ale cărei efecte relevă o dependență semnificativă de gradul de imersie [5] .
Pentru implementarea acestei metode, a fost dezvoltată special o baie de imersie cu un design ergonomic de adâncime strict calculată, cu un mecanism de ridicare încorporat și o țesătură impermeabilă foarte elastică atașată de marginea exterioară a băii. Subiectul, îmbrăcat în lenjerie intimă, s-a întins pe o folie impermeabilă și s-a scufundat într-o mică piscină umplută cu apă caldă până la nivelul gâtului. Suprafața țesăturii utilizate a fost semnificativ mai mare decât suprafața suprafeței apei. Astfel, atunci când este scufundată, o persoană nu se află doar într-o stare de suspendare nesusținută, el este încă sub presiunea volumului de apă în care rămâne, în ciuda faptului că apa este separată printr-o peliculă. Proprietățile extrem de elastice ale țesăturii au crescut artificial densitatea lichidului, creând condiții de flotabilitate aproape zero [6] .
Complexul mai include:
Greutatea complexului cu echipament este de 270 kg.
Greutatea complexului umplut cu apă cu pacientul este de 2100 kg [7] .
Înainte de scufundarea în baia de imersie, toți candidații la subiecții de testare trebuie să treacă de o comisie medicală, care dă o concluzie cu privire la posibilitatea/imposibilitatea participării la experiment. Există contraindicații medicale pentru utilizarea metodei SI, cum ar fi infarctul miocardic, aritmii severe, boli respiratorii cronice cu decompensare cardiacă pulmonară, tromboflebite, dispnee severă în repaus, procese inflamatorii acute și leziuni cutanate generalizate.
În mediul de imersie, subiectul este limitat în numărul de mișcări - este interzis să se încălzească, să miște activ membrele, să se aplece și să se împingă de pe părțile laterale ale băii. Volumul activității motorii se înregistrează prin actografe situate pe membrele subiectului. Pentru a preveni iritarea cutanată a subiectului, se așează o cearșaf de bumbac între acesta și folia impermeabilă [8] .
Studiile în majoritatea experimentelor cu imersie „uscă” sunt efectuate în condiții convenționale standard: testeri voluntari sunt unul (sau doi) într-o baie umplută cu apă, în poziție orizontală, temperatura apei din baie este menținută la o constantă. nivel de 33 ± 0,5 °C.
Regimul zilnic din experiment a fost reglementat de intervale de timp selectate pentru examinări, măsuri preventive (dacă există), aportul de alimente și procedurile sanitare și igienice. Rutina zilnică a fost cât mai apropiată de cea de la bord, incluzând 8 ore de somn, 3 mese pe zi, un program de control medical și studii experimentale. Dieta medicală recomandată este nr. 15, cu excluderea obligatorie a alimentelor care produc gaze. În timpul șederii în baia de imersie, subiectului îi este interzis să consume băuturi tonice și alcool. Aportul alimentar se realizează într-o baie de imersie și nu necesită ridicarea subiectului. Sub spatele și umerii subiectului se pune o pernă, realizându-se o poziție reclinată, după care se pune în fața subiectului o tavă cu mâncare și tacâmuri.
Pentru realizarea măsurilor sanitare și igienice, o dată pe zi, testerele sunt scoase din baie timp de 15-20 de minute cu ajutorul unui lift special [9] . În timpul toaletei igienice a subiectului, perioadele de verticalizare sunt excluse, toate manipulările sunt efectuate, dacă este posibil, în poziție orizontală. În absența subiectului în baia de imersie, se realizează igiena foliei impermeabile și înlocuirea foii.
Cel mai lung experiment cu SI a fost realizat în 1974 de creatorii acestui model, angajații IBMP. Durata sa a fost de 56 de zile. La ea au participat doar doi voluntari de testare. Experimentul a dovedit în mod convingător aplicabilitatea și siguranța modelului pentru reproducerea efectelor expunerii pe termen lung la microgravitație, dar în funcție de condițiile experimentului au fost utilizate diferite combinații de efecte preventive.
De la începutul secolului al XXI-lea, angajații Institutului de Probleme Biomedicale au efectuat 15 studii cuprinzătoare ale stării corpului uman în imersie „uscă”, inclusiv examinarea a 169 de persoane. Durata expunerii a fost de 6 ore, 3, 5 și 7 zile. Adecvarea reproducerii efectelor fiziologice ale microgravitației în imersie „uscă” permite nu numai evaluarea efectului său „pur” asupra organismului, ci și elaborarea protocoalelor de utilizare a măsurilor preventive și investigarea eficacității acestora, atât în mod real. zbor spaţial şi pentru studii clinice.
La sfârșitul anilor 1970, au fost efectuate studii ample privind eficacitatea utilizării unei centrifuge cu rază scurtă. Mai târziu, în experimente de imersiune, eficacitatea noilor mijloace de prevenire a efectelor negative ale imponderabilității, cum ar fi suplimente de apă-sare, agenți farmacologici, ergometria bicicletei, manșete ocluzive, încărcarea axială a greutății, stimularea mecanică a zonelor de sprijin ale picioarelor în A fost studiat modul de locomoție, precum și miostimularea electrică de înaltă și joasă frecvență a mușchilor coapsei, iar picioarele inferioare în prevenirea efectelor negative ale descărcării gravitaționale asupra corpului uman [10] .
Modelul SI a fost utilizat în mod activ în dezvoltarea costumului de încărcare axială Penguin. Rezultatele studiului performanței fizice după expunerea la SI au stat la baza dezvoltării sistemului expert autonom la bord de pregătire fizică „Basuft”.
De la sfârșitul anilor 1970, modelul SI a devenit centrul cercetării care vizează studierea efectelor microgravitației asupra sistemelor corpului, studiate în detaliu la niveluri sistemice, tisulare, celulare, subcelulare și genetice în timpul SF și în experimente cu model la sol. . Studiile fiziologice în condiții de imponderabilitate și simularea acesteia au îmbogățit semnificativ cunoștințele despre funcționarea aparatului vestibular, au făcut posibilă o nouă privire asupra problemei asigurării senzoriale a funcțiilor motorii, clarificând rolul aferentării suportului în activitatea sistemul motor și determinați rearanjamentele structurale și funcționale ale aparatului motor.
Principalele reacții ale corpului la impactul imponderabilității sunt îndepărtarea presiunii hidrostatice a mediilor lichide ale corpului și încărcarea mecanică asupra structurilor corpului, scăderea nivelului de aferentare tactilă (suport) și subîncărcarea aparatul muscular si osos. Impactul imponderabilității duce la numeroase schimbări în organism. Cele mai pronunțate modificări în acest caz au fost observate în sistemele dependente de gravitație, care, în condițiile gravitației Pământului, efectuează lucrări împotriva gravitației (sisteme cardiovasculare [11] și musculare [12] , aparate de susținere [13] ) sau în orientare constantă. în activitatea lor la aparatul vestibular vector gravitațional [14] . În același timp, datorită interconectării sistemelor din întregul organism, alte sisteme și funcții ale corpului suferă modificări semnificative - metabolismul, sistemul sanguin [15] , imunitatea [16] , metabolismul apă-sare, reglarea neurohormonală, sistemul digestiv [17] .
Experimentele comune ruso-austriece au arătat o mare valoare diagnostică a metodei SI în depistarea precoce a patologiilor neurologice [18] [19] , care sunt bine compensate în condiții normale. După 24, 48 și 72 de ore de SI, majoritatea subiecților sănătoși au prezentat diferite semne distincte de patologie neurologică (cum ar fi simptome de dezintegrare cerebeloasă, deteriorarea funcției nervoase periferice, semne de afectare a tractului posterior, precum și a sistemelor piramidale și extrapiramidale). ). Explicația acestui fenomen poate fi faptul că toți oamenii au tulburări neurologice ascunse (congenitale sau dobândite ca urmare a unor leziuni, infecții etc.), dar o astfel de proprietate a creierului precum plasticitatea ridicată asigură compensarea acestor tulburări. Conflictul senzorial apărut în SI din cauza modificărilor suportului și a fluxului aferent proprioceptiv înlătură mecanismele compensatorii care sunt ineficiente în condiții noi și face posibilă dezvăluirea tulburărilor neurologice ascunse. De asemenea, a fost demonstrată eficacitatea SI în recuperarea sportivilor după antrenamente intense [20] .
Pentru prima dată, SI și-a găsit aplicație clinică în tratamentul edemului, în special al celor greu de tratat de diverse etiologii (boli cardiovasculare, arsuri, edem cauzat de ciroza hepatică și patologia renală). În anii 1990, au apărut lucrări privind utilizarea SI în tratamentul crizei hipertensive. Rezultatele acestor studii au relevat un efect hipotensiv semnificativ și persistent după 1,5 ore de expunere SI.
Starea într-o imersiune „uscată” afectează nu numai parametrii fiziologici, ci și psihologici ai subiecților.
Acum oamenii de știință se confruntă cu problema specificității de gen a individului în condițiile zborului spațial [21] . În ce măsură sexul și genul afectează adaptarea în spațiu. În acest sens, laboratorul IBMP desfășoară primul experiment din lume în condiții SI cu participarea femeilor voluntare [22] [23] . Este de remarcat faptul că bărbații și femeile reacționează diferit la imponderabilitate, femeile sunt mai predispuse la boala spațială, dar la întoarcerea pe Pământ, bărbații sunt mai susceptibili de a experimenta simptome de rău de mișcare decât omologii lor de sex feminin.
În experimente cu bărbați în SI de diferite durate, psihologii au dezvăluit următoarele caracteristici:
Factorii psihologici care afectează astronauții în spațiu includ și lipsa diversității vieții pământești, cântul păsărilor, schimbarea imaginii în afara ferestrei și doar conversațiile de seară în bucătărie. Pare a fi un fleac. În această chestiune, influența terapiei VR ajută la a face față , inclusiv în timpul SI. Dacă se află în spațiu, astronauții pot viziona un videoclip despre Pământ cu sunetul apei și sunetele naturii în ochelari de realitate virtuală. În timpul SI, subiecții observă mișcările globale ale mediului virtual, rămânând ei înșiși nemișcați [28] . Ambele contribuie la îmbunătățirea bunăstării. În Rusia, terapia VR nu a primit încă o distribuție atât de mare, dar cercetările sunt promițătoare nu numai pentru astronautică [29] , ci și pentru medicină [30] , armată și aviație.