Медицинский контроль за состоянием космонавта и медицинские исследования в полёте


Первый бортовой медицинский полиграф «Полином» для проведения медицинских исследований врачом-космонавтом Б.Б. Егоровым в полете корабля «Восход-1»

В комплексе мероприятий, обеспечивающих безопасность человека в космическом полете, учеными Института важное значение уделялось медицинскому контролю за состоянием здоровья космонавтов. Практическому решению этой проблемы в пилотируемой космонавтике предшествовали этапы отработки систем медицинского контроля (СМК) в лабораторных условиях, затем — в полетах животных на ракетах по вертикальным и параболическим траекториям и, наконец, в орбитальных полетах биоспутников. Обоснование, проектирование и отработка СМК для полетов животных проводились в Институте с 1948 по 1961 гг. под руководством В.И. Яздовского.Регистрация физиологических функций животного и передача информации с борта космического корабля на Землю в СССР впервые была произведена 3 ноября 1957 г. во время полета 2-го искусственного спутника Земли с собакой Лайкой. Согласно программе полета, у собаки Лайки регистрировались: артериальное давление (АД), ЭКГ, пневмограмма, артериальное давление в бедренной артерии прямым методом, показатели двигательной активности. Аппаратура включала в себя датчики, 2 усилителя, коммутационный блок, автомат давления и программное устройство. Один из усилителей использовался для регистрации ЭКГ, другой — артериальных осцилляции. Для регистрации движений собаки применялся потенциометрический датчик, а для регистрации дыхания — реостатный. Программное устройство осуществляло периодическое включение аппаратуры в соответствии с сеансами телеметрической связи. Дальнейшим этапом совершенствования бортовых физиологических измерительных систем было обеспечение биологических экспериментов в космическом пространстве при полетах советских кораблей-спутников с собаками Белкой, Стрелкой, Пчелкой, Мушкой, Чернушкой и Звездочкой. Программой измерений была предусмотрена регистрация различных физиологических параметров: ЭКГ, АД, дыхания, двигательной активности, температуры тела, электромиограммы, сфигмограммы. Главным результатом использования СМК в указанных орбитальных полетах были доказательства возможности сохранения жизни животных в космическом пространстве и отсутствия угрожающих изменений в их функциональном состоянии. Осуществление полетов человека в космос потребовало совершенствования СМК. Их созданием и испытанием в Институте с начала 60-х гг. непосредственно занималась лаборатория оперативного врачебного контроля, возглавляемая И.Т. Акулиничевым и входящая в отдел космической физиологии, руководимый О.Г. Газенко. Над этой проблемой в 60-е годы успешно трудились Б.Г. Буйлов, P.M. Баевский, К.П. Зазыкин, А.Д. Егоров, М.Д. Емельянов, A.M. Жданов, Д.Г. Максимов, И.С. Щадринцев, В.А Чичкин, В.К. Философов, Н.А. Чехонадский, М.Д. Вентцель, В.И. Поляков, И.И. Попов, К.К. Щербаков, Ю.А. Кукушкин, В.Н. Рагозин, В.А. Дегтярев, А.Н. Козлов. В этот период И.Т. Акулиничев за достигнутые успехи был награжден почетной медалью французской Академии наук имени X. Колумба и одним из первых в СССР был избран членом Международной академии астронавтики. Большой объем работ по проблеме МК потребовал привлечения к ее выполнению ряда смежных организаций: ОКБ-1 ГКОТ, ЦНИИ-30 МО, СКТБ «Биофизприбор», ВМА им. С.М. Кирова и др. В первых космических полетах человека на кораблях «Восток» первоначально предусматривалась установка достаточно сложного комплекса аппаратуры «Вега» (массой 14 кг), с помощью которого предполагалось решать как задачи врачебного контроля, так и ряд исследовательских проблем. Она позволяла регистрировать частоту пульса и дыхания (врачебный контроль), ЭКГ в трех отведениях, АД в сосудах одного из пальцев руки и температуру тела (ТТ) с шести точек. Однако в связи с габаритно-весовыми ограничениями от регистрации АД и ТТ пришлось отказаться, а после соответствующей конструктивной доработки для корабля «Восток» была подготовлена аппаратура «Вега-А» массой 4 кг. В комплект «Вега-А» входили три идентичных усилителя ЭКГ, усилитель канала дыхания и электрокардиофон; энергопотребление составляло не более 5 Вт. Электрокардиофон предназначался для непрерывной подачи сигналов пульса по каналу бортового радиопередатчика «Сигнал» на Землю; указанные сигналы формировались в виде прямоугольных импульсов из зубцов «R» ЭКГ и модулировались звуковой частотой. Регистрация остальных показателей — ЭКГ и пневмограммы (ПГ) у Ю.А. Гагарина, ЭКГ, ПГ и кинетокардиограммы у Г.С. Титова — осуществлялась периодически, с помощью радиотелеметрической системы. Кроме того, использовались бортовые магнитные регистраторы. Электроды, предназначенные для регистрации ЭКГ и частоты пульса у Ю.А. Гагарина, наклеивались на тело клеевым составом; у Г.С. Титова — фиксировались нагрудным поясом. Эта система фиксации обеспечила надежную регистрацию физиологических параметров во время суточного полета. Весьма показательно, что при анализе данных МК в первых космических полетах использовались наиболее современные (для того времени) математические методы обработки результатов, в частности, вычислялись кривые линейной и квадратичной регрессии частоты сердечных сокращений (ЧСС) и интервалов ЭКГ во времени (Н.А. Чехонадский, В.К. Философов). В связи с тем, что во время длительного пребывания в космическом корабле у Г.С. Титова были обнаружены симптомы укачивания, в последующих полетах возникла необходимость расширения программы физиологических измерений. Поэтому при подготовке очередного полета с участием А.Г. Николаева и П.Р. Поповича были разработаны методики регистрации у космонавтов электроокулограммы (ЭОГ), электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и кожно-гальванических реакций (КГР). Одновременно с этим были разработаны тактико-технические требования на дополнительную медицинскую аппаратуру. Регистрация ЭОГ и ЭЭГ у космонавтов А.Г. Николаева и П. Р. Поповича в групповом полете кораблей «Восток-3» и «Восток-4» проводилась с помощью дополнительных усилителей типа «Рефлекс» и основного электрокардиографического усилителя аппаратуры «Вега-А». Регистрация КГР — с помощью прибора «Нейрон»: прибор был рассчитан на регистрацию медленных изменений сопротивления кожи. Кроме того, как и в предыдущих полетах, регистрировали ЭКГ и ПГ и непрерывно контролировали ЧСС с помощью радиопередатчика «Сигнал». Электроды для регистрации ЭЭГ и ЭОГ были вмонтированы в шлемы космонавтов; система электродов ЭКГ и их фиксации на теле для длительного ношения была значительно усовершенствована (Н.А Агаджанян, И.Т. Акулиничев, К.П. Зазыкин, Д.Г. Максимов). Следует отметить, что после осуществления 1-го группового полета был выявлен ряд недостатков в функционировании дополнительных медицинских приборов. Записи ЭЭГ, ЭОГ в процессе полета шли с помехами. Непосредственными техническими причинами таких помех явилось несовершенство крепления электродов и, отчасти, несовершенство схемных решений измерительных каналов приборов «Рефлекс» и «Нейрон» (соответственно — несимметричная схема входа усилителей и отсутствие автоподстройки измерительного моста). Этими примерами иллюстрируется одна из наиболее сложных проблем создания СМК для космических полетов, которую пришлось преодолевать первопроходцам Института — обеспечение высокой помехоустойчивости и помехозащищенности измерительных физиологических каналов в процессе профессиональной деятельности космонавтов, а также высоких эксплуатационно-технических качеств СМК. Поскольку большинство методов МК для космической медицины заимствовалось из клинической практики, все они (за редким исключением) не отвечали этим требованиям. Поэтому при создании бортовых СМК предлагалось и реализовывалось множество оригинальных технических решении, касающихся совершенствования систем фиксации датчиков и электродов, модификации отведений физиологических сигналов, надежных и помехоустойчивых измерительных схем. Для этого разработчики должны были в совершенстве владеть как медицинскими, так и техническими знаниями. Без преувеличения можно утверждать, что Институт явился одним из первых учреждений страны, в котором были предложены два эффективных «рецепта» для решения этой проблемы. Во-первых, это создание творческих «симбиозов» из представителей медицинских и технических специальностей: врачей (И.Т. Акулиничев, P.M. Баевский, А.Д. Егоров, Д.Г. Максимов, В.А. Дегтярев и др.) и инженеров (Б.Г. Буйлов, A.M. Жданов, К.П. Зазыкин, И.С. Шадринцев, Н.А. Чехонадский, В.А. Чичкин, М.Д. Вентцель, В.И. Поляков, И.И. Попов, К.К. Щербаков, Ю.А. Кукушкин, В.Н. Рагозин, А.Н. Козлов). Во-вторых, это овладение смежными специальностями. Наиболее ярким энтузиастом в этом вопросе был И.Т. Акулиничев, который, будучи врачом по специальности, одновременно являлся активным радиолюбителем, автором ряда оригинальных инженерных решений на уровне изобретений, членом редколлегии журнала «Радио». От него старались не отставать и инженеры: многие из них без отрыва от служебной деятельности обучались на биологическом факультете Московского государственного университета (И.И. Попов, Л.А. Казарьян, К.К. Щербаков, В.Н. Рагозин, Ю.А. Кукушкин, B.C. Кузнецов). В последующие годы вплоть до настоящего времени эти традиции, заложенные участниками первых штурмов космоса, получили свое дальнейшее развитие. В частности, многие из инженеров Института успешно защитили диссертации по биологическим специальностям (Б.Г. Буйлов, А.Н. Козлов, М.И. Клевцов, B.C. Кузнецов и др.). Возвращаясь к анализу опыта 1-го группового космического полета и подготовке 2-го группового полета, необходимо отметить, что указанным выше творческим коллективом были существенно модернизированы бортовые медицинские приборы. В частности, в новой разработке прибора «Нейрон» по предложению И.Т. Акулиничева в усилителе биосигналов вводилась глубокая обратная связь, что позволило обеспечить устойчивую регистрацию кожно-гальванических реакций. Предусилители «Рефлекс» были выполнены по симметричной схеме. К.П. Зазыкиным и P.M. Баевским был предложен и реализован принцип экономного использования бортовых радиотелеметрических каналов: регистрация сейсмокардиограммы (СКГ) и ЭОГ совмещалась на одном канале телеметрии (в дальнейшем были совмещены СКГ и ПГ). Особое внимание обращалось на надежность регистрации электрофизиологических показателей; для ее повышения количество электродов ЭКГ, ЭЭГ, ЭОГ было увеличено вдвое. При подготовке снаряжения первой женщины-космонавта В.В. Терешковой потребовалась разработка особого нагрудного пояса для фиксации электродов и датчиков применительно к особенностям женского организма. Такая фиксирующая система была изготовлена М.С. Левшиной. В целом, с учетом отмеченных доработок во 2-м групповом полете космонавтов В.Ф. Быковского и В.В. Терешковой использовалась та же СМК, что и в 1-м групповом полете.Как видно из изложенного, система физиологических измерений на кораблях «Восток» в результате постоянного усложнения получила некоторый исследовательский уклон, причем получаемая физиологическая информация обрабатывалась в.ходе полета лишь частично, более полная обработка данных проводилась только после полета. Аналогичная картина сложилась и в США, где так же происходило постепенное усложнение физиологической аппаратуры корабля-капсулы «Меркурий». В то же время вопросы медицинских исследований в космическом полете в тот период не получили окончательного методического и конструктивного решения. Научные данные о влиянии факторов космического полета на организм человека явились как бы побочным результатом решения основной задачи — врачебного контроля. Попытки решения исследовательских задач путем установки дополнительных блоков и датчиков нельзя признать достаточно успешными, хотя благодаря этим вынужденным решениям и были получены ценные данные. По этим и другим причинам уже в 1961 г. в ряде работ было высказано предложение классифицировать физиологические измерения в условиях полета в зависимости от решаемой задачи как «врачебный контроль» и «медицинские исследования», а в последующие годы — выделять функционально самостоятельные системы по каждой из этих задач. Первые функционально самостоятельные СМК и система медицинских исследований (СМИ) были разработаны под руководством И.Т. Акулиничева уже к 1964 г. к полету экипажа корабля «Восход-1», в состав которого наряду с В.М. Комаровым и К.П. Феоктистовым впервые был включен врач-космонавт Б.Б. Егоров. Для обеспечения врачебного контроля членов экипажа использовалась аппаратура «Вега-3» (масса 5 кг, энергопотребление 3 Вт), с помощью которой на активных участках полета регистрировались ЭКГ, ПК, СКГ, а также с помощью электрокардиофона по тракту радиосвязи передавались сигналы частоты пульса и дыхания. Медицинские исследования проводились врачом-космонавтом с помощью аппаратуры «Полином» (прообраза будущей широко известной аппаратуры «Полином-2М»), позволяющей регистрировать ЭЭГ, ЭОГ, динамограмму и показатели координации движений. Регистрация последних проводилась с помощью электромагнитного датчика, магнит которого был закреплен на подвесной площадке, совершающей перемещение при движении карандаша космонавта. Прибор «Полином» имел массу 400 г. Впервые была составлена специальная программа исследований, позволяющая наиболее рационально использовать отведенное для исследований полетное время. Помимо перечисленных исследований впервые были запланированы комплексные исследования функций внешнего дыхания, газообмена и энерготрат с использованием разработанного с участием И.И. Касьяна прибора «Резеда-2» и методики забора проб выдыхаемого воздуха в бюретки. Несмотря на достаточно насыщенную программу медицинских исследований в этом кратковременном полете (он длился чуть более 1 суток), коллектив ответственных исполнителей по разделу физиологических исследований — А.М. Генин, Г.Ф. Хлебников, Е.А.Федоров (соответственно - от ИАиКМ, ЦПК, ЦНИАГ) и исполнителей (Е.А. Карпов, П.В. Васильев, В.Г. Терентьев, А.В. Еремин и Е.Я. Шепелев) в качестве одного из выводов работы отметили необходимость введения в бортовые программы в последующих полетах целого ряда дополнительных методов исследований. Были рекомендованы: непрерывная киносъемка лица при действии перегрузок; определение дыхательного объема легочной вентиляции; измерение артериального давления в сосудах ушной раковины, давления в плечевой артерии (по тахоосциллограмме); регистрация кинетокардиограммы; измерение скорости распространения пульсовой волны в сосудах эластического и мышечного типа, уровня оксигемоглобина в крови сосудов уха; проведение плетизмографии; регистрация величины водопотребления и объема концентрации мочи. В полете корабля «Восход-2» в 1965 г. основу СМК составляла аппаратура «Вега-2», обеспечивающая передачу параметров ЧСС и частоты дыхания (ЧД) по системе «Сигнал», регистрацию ЭКГ, ПГ, СКГ, ЭОГ. Однако в отличие от ее применения на предшествующих кораблях, на пульте управления командира корабля «Восход-2» П.И. Беляева были установлены индикаторные лампочки для контроля за частотой пульса и дыхания второго летчика-космонавта А.А. Леонова во время операций выхода в космическое пространство. Кроме того, у А.А. Леонова с помощью автономного электротермометра «ЭТ-3КД», размещаемого в выходном скафандре, регистрировалась температура тела в подмышечной области. Объем физиологических исследований включал также исследования внешнего дыхания и газообмена аналогично программе «Восхода-1».

© Коршункова Мария