КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-15-00435

Название"Сухая" иммерсия как адекватная модель острых и хронических адаптаций к условиям гравитационной разгрузки в двигательной системе человека

РуководительТомиловская Елена Сергеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2021 г.  , продлен на 2022 - 2023. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-104 - Физиология

Ключевые слова"Сухая" иммерсия, микрогравитация, гипогравитационный двигательный синдром, моторный контроль, хроническая адаптация, невесомость, безопорность

Код ГРНТИ34.51.15


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Основу работы составляет исследование эффектов острых и хронических нарушений деятельности центральных и периферических механизмов в системах движений - рефлекторных и произвольных, включая локомоции и позу, различного координационного состава и точности, в совокупности составляющих картину гипогравитационного двигательного синдрома. При этом будут подробно рассмотрены процессы двигательного регулирования в условиях афферентного дефицита, обусловливаемого кратковременным и длительным пребыванием в невесомости и ее наземных моделях ("сухая" иммерсия, антиортостатическая гипокинезия). Эксперименты проводятся с участием человека (космонавты и добровольцы). Впервые будут исследованы хронические эффекты опорной разгрузки в двигательной системе человека. Будет проведено сравнительное исследование коротких и длительных влияний опорной депривации, а также сопоставление полученных результатов с изменениями в системе моторного контроля, наблюдаемыми после длительных космических полетов. Актуальность и научная значимость Гравитация, существующая на Земле миллионы лет, внесла свой вклад в развитие всех живых организмов и внедрилась в их системы жизнедеятельности в качестве фактора, обеспечивающего их функционирование в условиях Земли. В частности, такая функция живых организмов как двигательная активность, основывается на постоянном преодолении силы тяжести, на борьбе с гравитацией. Однако до тех пор, пока не появились возможности исследований деятельности живых систем в отсутствие гравитации, широкого систематического изучения этих механизмов не проводилось. Космические полеты и их модели открыли эти возможности. Изучение роли гравитационной нагрузки в функционировании двигательной системы приобретает особую значимость в связи с актуальными проблемами современности, такими как малоподвижный образ жизни и старение населения, сопровождающиеся изменениями в двигательной системе, аналогичными наблюдаемым в условиях реальной и моделируемой невесомости. Использование физиологических моделей невесомости, таких как «сухая» иммерсия, позволяют в короткие сроки воспроизвести двигательные эффекты гравитационной разгрузки и гиподинамии, что в свою очередь способствует развитию подходов к профилактике гипогравитационного моторного синдрома. В течение последних десятилетий была накоплена большая база знаний об эффектах острой гравитационной разгрузки (до 7 суток), описаны изменения в различных системах организма, вызываемые указанным воздействием, сформированы подходы к их профилактике. В то же время данные о хронических эффектах гравитационной разгрузки ограничиваются в основном результатами исследований в условиях длительной антиортостатической гипокинезии (АНОГ), которая по глубине и скорости развития этих эффектов существенно уступает модели «сухой» иммерсии. При этом практика космических полетов свидетельствует о наличии двух, зачастую различных по своим механизмам процессов адаптации организма к условиям гравитационной разгрузки – острого ответа на изменения гравитационной среды, длящегося 7-10 дней, и хронического, получающего развитие после завершения периода острой адаптации. Непосредственно в космических полетах исследование эффектов хронической гравитационной разгрузки существенно затруднено вследствие наличия множества факторов, препятствующих адаптации организма к этим условиям, прежде всего – интенсивной программы физических тренировок, направленных на поддержание физической и функциональной работоспособности космонавтов. Поэтому проведение комплексных исследований изолированной гравитационной разгрузки возможно только в модельных условиях.

Ожидаемые результаты
Результатом работ по проекту явится детальное описание динамики развития гипогравитационного двигательного синдрома в условиях длительной экспозиции к гравитационной разгрузке, а также описание динамики восстановления выявленных нарушений в системах позного регулирования, контроля локомоций, точностных произвольных движений, скоростно-силовых свойств мышц, в системах рефлекторных механизмов. Впервые будет проведено сравнительное исследование эффектов острой (от нескольких часов до нескольких суток) и хронической (21 сутки) опорной депривации в системе моторного контроля, описаны особенности экспозиций различной продолжительности, а также проведено сравнение эффектов 21-суточной «сухой» иммерсии и 21-суточной антиортостатической гипокинезии, являющихся основными рабочими моделями физиологических эффектов космического полета различной длительности. Впервые будет проведено сравнительное исследование влияний длительной изолированной опорной разгрузки («сухая» иммерсия) и длительного космического полета в двигательной системе. Результатом исследований проекта явится получение новых данных о механизмах двигательных адаптаций и фактора гравитационной разгрузки в развитии гипогравитационного двигательного синдрома. Понимание указанных механизмов внесет большой вклад в решение такой актуальной проблемы современности как профилактика и борьба с двигательными нарушениями, связанными с малоподвижным образом жизни и старением.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Впервые проведенный комплексный эксперимент по исследованию эффектов 21-суточной опорной разгрузки на состояние сенсомоторной системы человека показал возможность и безопасность хронического иммерсионного воздействия. В исследованиях приняло участие 10 испытателей-добровольцев (возраст 29,3+3,56 лет, рост 175,8+0,03 см, вес 73,24+10,97 кг). В качестве модели микрогравитации применялась 21-суточная «сухая» иммерсия (СИ), которая наиболее быстро и полно воспроизводит двигательные эффекты гипогравитации. На всем протяжении эксперимента испытатели-добровольцы находились в иммерсионной ванне, за исключением времени на проведение плановых обследований и выполнение гигиенических процедур, что, как правило, не превышало 20 мин в сутки. Пребывание в условиях 21-суточной «сухой» иммерсии (СИ) сопровождалось достоверным увеличением длины тела испытателей. Пик увеличения длины тела, достигавшего 1,2%, регистрировался на 3-и сутки воздействия; в дальнейшем в течение всего воздействия длина тела достоверно не изменялась. Возвращение к исходным значениям, в отличие от данных коротких (3-7-суточных) воздействий, происходило лишь на 3-и сутки после завершения иммерсии. Исследование поперечной жесткости мышц в условиях СИ показало существенное снижение жесткости всех исследуемых мышц: камбаловидной, передней большеберцовой, медиальной головки икроножной мышцы, прямой мышцы бедра и мышцы, выпрямляющей позвоночник. При этом также снижалась и жесткость ахиллова сухожилия и плантарной фасции. Ультразвуковое исследование показало, что длина волокна и угол перистости медиальной и латеральной головок икроножной мышцы существенно снижались после иммерсионного воздействия. Вместе с этим, толщина мышц значительно не изменялась в результате 21-суточной опорной разгрузки, хотя была отмечена небольшая тенденция к снижению. Анализ морфологических характеристик камбаловидной мышцы голени показал, что в результате 21-суточной «сухой» иммерсии у испытуемых наблюдалась атрофия как медленных, так и быстрых волокон камбаловидной мышцы. Площадь перечного сечения быстрых мышечных волокон снизилась в среднем на 12.5% по сравнению с фоновым уровнем, медленных мышечных волокон – на 22.4%. Исследование вовлечения двигательных единиц (ДЕ) в задачу поддержания небольшого изометрического усилия показали, что в условиях опорной разгрузки, обусловливаемой иммерсионным воздействием, порядок рекрутирования ДЕ мышц-экстензоров голени изменяется: значительно увеличивается число вовлекаемых в двигательную задачу ДЕ с высокими значениями межимпульсных интервалов. Исследования характеристик спинальных рефлексов показали, что наиболее выраженные изменения в параметрах Н-рефлекса были выявлены на 5-е сутки СИ, а также в самом ее завершении (21-е сутки СИ): наблюдалось достоверное снижение относительной и абсолютной амплитуды рефлекса. На 5-е сутки СИ наблюдалось снижение порога Н-рефлекса, сохранявшееся до завершения иммерсионного воздействия. В ходе исследования характеристик выполнения усложненных локомоторных задач было показано, что после 21-суточной СИ количество правильных шагов при осуществлении ходьбы тандемом (пятка к носку) существенно снижалось. При этом от попытки к попытке происходило восстановления данных показателей и на 4-й попытке, когда тест выполнялся с открытыми глазами, ошибок практически не выявлялось. Таким образом, можно предположить, что восстановление локомоторной функции происходит достаточно быстро и зависит от количества попыток выполнения теста. Результаты выполнения теста с перешагиванием препятствия показали, что после длительного пребывания в условиях СИ зазор между ногой и планкой значимо снижается при переступании через планку высотой 30 см, как для ноги, первой выполняющей переступание, так и для ноги, завершающей переступание. Предварительный анализ данных исследования морфофункциональных характеристик стопы выявил влияния гипогравитации на морфофункциональные характеристики стопы: тенденцию к увеличению углов, характеризующих поперечный свод, тенденцию к повышению сводчатости стопы на 2-е и 5-е сутки «сухой» иммерсии. Стабилометрическое исследование, проведенное до и после воздействия 21-суточной СИ, выявило уменьшение стабильности вертикальной стойки, выраженное в увеличении средней скорости перемещения центра давления, и увеличение вклада зрительной обратной связи в задачу поддержания равновесия в первые часы после завершения иммерсионного воздействия. Эти изменения сохранялись на 2-е сутки после завершения иммерсии, однако на 4-е сутки уже не наблюдались. Анализ данных исследования точностных характеристик движений рук выявил тенденцию к увеличению разницы между силой последовательных ступеней теста на градацию усилий, а также увеличение минимально различаемого усилия в условиях 21-суточной СИ, что свидетельствует о нарушении точности управления движениями рук. МРТ-исследование позвоночника и мышц туловища выявило разнонаправленные изменения в архитектуре позвоночника и достоверное изменение его длины на 3-и и 5-е сутки СИ. Также в сухом остатке многораздельных, квадратных мышц и мышцы, выпрямляющих позвоночник, на уровне позвонков L4-L5 на 3-и сутки СИ обнаруживалось достоверное снижение площади поперечного сечения, сохранявшееся и на 5-е сутки воздействия. В дополнение вышеописанным экспериментам были проведены сравнительные исследования изменений параметров организма в двух моделях микрогравитации – антиортостатичекой гипокинезии и «сухой» иммерсии. Сравнительный анализ параметров сердечно-сосудистой системы был проведен в условиях сравнительно коротких воздействий: 21-суточной антиортостатической гипокинезии и 3-суточной «сухой» иммерсии. В исследовании приняло участие 23 испытуемых: 11 человек в АНОГ (возраст 34 ± 8 лет; рост 176 ± 6 см; вес 70 ± 8 кг) и 12 – в СИ (возраст 32 ± 5 лет; рост 178 ± 7 см; вес 75 ± 7 кг). Сравнительное исследование показателей работы сердечно-сосудистой системы в двух моделях микрогравитации - 21-суточной АНОГ и 3-суточной СИ выявили сонаправленный характер, однако разную глубину изменений. Часто изменения после 3-суточной СИ были равны или даже превышали изменения после 21-суточной АНОГ. Более сильное влияние иммерсионного воздействия на функцию сердечно-сосудистой системы может быть вызвано степенью опорной разгрузки. Установлено, что опорная разгрузка играет триггерную роль в развитии гипогравитационных расстройств сенсомоторной системы. Предполагаемым механизмом снижения ортостатической устойчивости, в данном случае, может являться снижение эффективности мышечного насоса, способствующего венозному возврату, вследствие снижения тонуса, вызываемого опорной разгрузкой. В сравнительном исследовании вестибулярной функции приняло участие 30 испытателей в ходе 5-ти и 7-ми суточной «сухой» горизонтальной иммерсии и 12 испытателей в 60-ти суточной антиортостатической гипокинезии (АНОГ). Сравнительное исследование вестибулярной функции в двух моделях микрогравитации показало, что на 1-е сутки после «сухой» иммерсии наблюдается достоверное снижение статического торсионного отолито-шейно-окулярного рефлекса и статического торсионного отолито-окулярного рефлекса (с наличием атипичных реакций), в то время как после АНОГ у 86% участников эксперимента не наблюдалось развития вестибулярных расстройств, специфичных для экспериментальной иммерсионной модели, т.е. вестибулярная функция осталась практически неизменной (интактной).

 

Публикации

1. Амирова Л.Е., Навасёлова Н.М., Рукавишнков И.В., Гаклен-Кох Г., Гариб К., Козловская И.Б., Кюсто М-А., Томиловская Е.С. Cardiovascular System under Simulated Weightlessness: Head-Down Bed Rest vs. Dry Immersion Frontiers in Physiology, - (год публикации - 2020)

2. Ляховецкий В.А., Соснина И.C., Зеленский К.А., Карпинская В.Ю., Томиловская Е.С. Влияние 21-суточной «сухой» иммерсии на сенсомоторную оценку иллюзий Понзо и Мюллер-Лайера при схватывании Авиакосмическая и экологическая медицина, - (год публикации - 2020)

3. Наумов И.А., Корнилова Л.Н., Глухих Д.О., Екимовский Г.А., Козловская И.Б., Васин А.В., Уайтс Ф.Л. Влияние афферентации различных сенсорных входов на отолито-окулярный рефлекс в условиях реальной и моделируемой невесомости Human Physiology, - (год публикации - 2020)

4. Рукавишников И.В.,Томиловская Е.С., Поляков А.В., Козловская И.Б. Approaches to space flights back pain medical risk management in microgravity simulation studies Frontiers in Physiology, International conference for multi-area simulation ICMASim 2019. All'Sims, Destination Angers, Angers University, CHU d'Angers (2019). P. 167-171 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3389/978-2-88963-088-2

5. Соснина И.С., Зеленский К.А., Помелов Р.С., Томиловская Е.С., Козловская И.Б. Peculiarities of accuracy arm movements under conditions of simulated microgravity Frontiers in Physiology, International conference for multi-area simulation ICMASim 2019. All'Sims, Destination Angers, Angers University, CHU d'Angers (2019). P. 184-188 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3389/978-2-88963-088-2

6. Томиловская Е.С., Шигуева Т.А., Рукавишников И.В., Козловская И.Б. Simulation of space flight effects on human body - dry immersion approaches Frontiers in Physiology, International conference for multi-area simulation ICMASim 2019. All'Sims, Destination Angers, Angers University, CHU d'Angers (2019). P. 153-157 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3389/978-2-88963-088-2


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проведение исследования в условиях 21-суточной опорной разгрузки («сухая» иммерсия, СИ) позволило описать медицинские особенности и риски проведения длительных иммерсионных экспериментов, не имеющих аналогов в мире. Иммерсии короткой продолжительности от нескольких часов (6-часовая СИ) характеризуются отсутствием медицинских рисков острого периода адаптации. Процесс физиологической адаптации сопровождается явлениями, аналогичными для пребывания в условиях гипокинезии. Через несколько часов после начала СИ возможны жалобы на дискомфорт в спине, связанный с началом развития гипогравитационного спинального синдрома, длительность проявления которого составляет 3-4 суток. Состояние, связанное с его развитием, не требует медикаментозного сопровождения с применением анальгетиков. СИ продолжительностью 3-7 суток также характеризуется развитием состояния дискомфорта в животе по типу «вздутия» и задержкой дефекации, которое может длиться до 3-х суток и предположительно связано с различиями интенсивности перистальтики отделов желудочно-кишечного тракта в условиях микрогравитации. В ряде случаев в остром периоде адаптации (1-2-е сутки СИ) развивалось состояние выраженного болевого синдрома со стороны желудочно-кишечного тракта, что требовало использования медикаментозных средств купирования. С увеличением длительности иммерсионного воздействия отмечалось возникновение новых феноменов, не отмечавшихся ранее. Одним из таких состояний является возникновение повреждения кожных покровов преимущественно нижних конечностей по типу гипергидратационной эритемы с участками отслоения эпидермиса. Такое состояние, по-видимому, связано с условиями длительной гипергидратационной нагрузки, которое развивается при нахождении в СИ на сроках более 8-ми суток и ведет к гидратационному повреждению кожного покрова в местах длительного повышенного воздействия влажности. Применение питательных мазей на жировой основе позволяет снизить скорость развития явления со сдвигом вправо. Еще одной уникальной находкой стоит отметить проявление «петехиального» синдрома после 7-8 суток СИ в первые часы после проведения пассивной ортостатической пробы. Данные наблюдения представляют интерес для описания последствий длительного воздействия факторов микрогравитации на функциональное состояние периферического кровообращения, а также представляют интерес для перспективных исследований резерва компенсаторных гемодинамических механизмов. Период реадаптации, начиная с 3-х суток иммерсионного воздействия, требует повышенного медицинского внимания в периоде последействия. С увеличением длительности СИ увеличивается вероятность развития ортостатических нарушений, которые могут явиться причиной коллаптоидного состояния. Риск ортостатического коллапса, по данным медицинского сопровождения, сохраняется от 2 до 3 суток после завершения 21-суточной СИ и обычно около 5-8 часов - после 3-5-суточной СИ. Сравнительное описание базовых медицинских рисков «сухой» иммерсии короткого и длительного воздействия в дальнейшем позволят дать детальное описание динамики функциональных резервов организма в зависимости от длительности фактора воздействия. Показано, что атрофические изменения быстрых и медленных мышечных волокон камбаловидной мышцы человека после трех недель СИ находятся примерно на том же уровне, что и после одной недели воздействия. Так, уменьшение площади поперечного сечения медленных волокон достигало 25% после 7-суточного и 22,4% - после 21-суточного воздействия. При этом в длительном эксперименте отмечалась также атрофия быстрых волокон (на 12,5%), не регистрируемая в более коротких СИ. По-видимому, мы наблюдаем спонтанное торможение атрофических процессов в медленных мышечных волокнах при длительном пребывании в условиях сухой иммерсии. Исследования порядка вовлечения двигательных единиц мышц голени в поддержание небольшого изометрического усилия плантарной флексии подтвердило данные предыдущих исследований в коротких СИ о нарушении закона Хеннемана в условиях опорной разгрузки: поддержание небольших мышечных усилий в этих условиях обеспечивается вовлечением более сильных ДЕ, импульсирующих с меньшей частотой. При этом пик изменений наблюдается в ходе первой недели воздействия, в дальнейшем отмечается тенденция к увеличению доли вовлекаемых в выполнение задачи медленных ДЕ. Исследования архитектуры трехглавой мышцы голени методом УЗИ выявили после 21-суточного воздействия уменьшение длины и угла наклона волокон на 11,12% и 9,53% соответственно. Аналогичные, но даже большие по выраженности структурные изменения были обнаружены в исследованиях, проведенных в условиях 5-суточной опорной разгрузки: уменьшение длины и угла наклона мышечных волокон различных головок трехглавой мышцы голени составили в этом случае 11,7-13,2% и 15,9-22,3%, соответственно. Исследования характеристик спинальных рефлекторных ответов подтвердили развитие в условиях безопорности спинальной гиперрефлексии, описанной ранее в ряде работ (Kozlovskaya I.B. et al., 1987, 1988), но в то же время выявили сроки ее развития (первые 7 дней воздействия) и динамику ее компенсации. Сравнительные исследования тонуса мышц нижних конечностей и спины в условиях 5-ти и 21-суточной СИ выявил достоверную зависимость от длительности воздействия безопорности для икроножной, передней большеберцовой мышцы и прямой мышцы бедра. Не выявлено достоверных различий в длительности воздействия для длиннейшей мышцы спины, камбаловидной мышцы голени, ахиллова сухожилия и плантарной фасции. В исследованиях постуральной устойчивости было выявлено прогрессивное увеличение скорости колебаний центра давления в зависимости от длительности воздействия безопорности. Однако амплитуда колебаний центра давления, напротив, после 21-суточного воздействия достоверно не отличалась от исходных значений, а после 5-суточной СИ существенно их превышала. Сложная задача ходьбы с закрытыми глазами при дополнительном условии приставления пятки к носку опорной стопы выявляла изменения функциональных возможностей испытателей в первые часы после иммерсионного воздействия как большой, так и малой длительности. Проведен сравнительный анализ изменений в сенсомоторной системе, наблюдаемых после воздействия безопорности («сухая» иммерсия) различной продолжительности и антиортостатической гипокинезии (по литературным данным). Впервые в мире была проведена 3-суточная «сухая» иммерсия с участием 6-ти женщин-добровольцев репродуктивного возраста. Предварительные результаты исследований свидетельствуют о наличии гендерных особенностей адаптации сенсомоторной системы к условиям безопорности.

 

Публикации

1. Амирова Л.Е., Новоселова Н., Рукавишников И.В., Гоклин-Кох Г., Гариб К., Козловская И.Б., Кусто М.-А., Томиловская Е.С. Cardiovascular System Under Simulated Weightlessness: Head-Down Bed Rest vs. Dry Immersion Frontiers in Physiology, Т.11, №395 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3389/fphys.2020.00395

2. Амирова Л.Е., Савеко А.А., Рукавишников И.В., Нистореску А., Динкулеску А., Валеану В., Козловская И.Б., Визитю К., Томиловская Е.С., Орлов О.И. Влияние 21-суточной опорной разгрузки на характеристики поперечной жесткости мышц человека. Оценка эффективности новых миотонометрических подходов Авиакосмическая и экологическая медицина, Т.54, №4, С.15-22 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-4-15-22

3. Боровик А.С., Орлова Е.А., Томиловская Е.С., Тарасова О.С., Виноградова О.Л. Phase Coupling Between Baroreflex Oscillations of Blood Pressure and Heart Rate Changes in 21-Day Dry Immersion Frontiers in Physiology, Т.11, № 455 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3389/fphys.2020.00455

4. Ляховецкий В.А., Соснина И.C., Зеленский К.А., Карпинская В.Ю., Томиловская Е.С. ВЛИЯНИЕ 21-СУТОЧНОЙ «СУХОЙ» ИММЕРСИИ НА СЕНСОМОТОРНУЮ ОЦЕНКУ ИЛЛЮЗИЙ ПОНЗО И МЮЛЛЕР-ЛАЙЕРА ПРИ СХВАТЫВАНИИ Авиакосмическая и экологическая медицина, Т.54, №4, С.58-63 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-4-58-63

5. Томиловская Е.С., Рукавишников И.В., Амирова Л.Е., Шигуева Т.А., Савеко А.А., Китов В.В., Васильева Г.Ю., Пономарев С.А., Смирнова Т.А., Козловская И.Б., Орлов О.И. 21-СУТОЧНАЯ «СУХАЯ» ИММЕРСИЯ: ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ИТОГИ Авиакосмическая и экологическая медицина, Т.54, №4, С.5-14 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-4-5-14

6. Федяй С.О., Томиловская Е.С., Рукавишников И.В., Лебедева С.А., Гущин В.И. ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ИСПЫТУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ 21-СУТОЧНОЙ «СУХОЙ» ИММЕРСИИ Авиакосмическая и экологическая медицина, Т.54, №4, С.28-32 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-4-28-32

7. Шишкин Н.В., Ермаков И.Ю., Амирова Л.Е., Абу Шели Н.М.А., Томиловская Е.С. ВЕРТИКАЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ С ОТКРЫТЫМИ И ЗАКРЫТЫМИ ГЛАЗАМИ ДО И ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ 21-СУТОЧНОЙ «СУХОЙ» ИММЕРСИИ Авиакосмическая и экологическая медицина, Т.54, №4, С.52-57 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-4-52-57


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Проведённые в отчётном году сопоставление и анализ данных, полученных коллективом проекта в исследованиях состояния сенсомоторной системы как с участием космонавтов – членов экипажей длительных экспедиций на Международной космической станции, так и с участием испытателей-добровольцев в аналогичных исследованиях, проведенных в условиях «сухой» иммерсии и антиортостатической гипокинезии, являются уникальными и позволяют объективно оценить адекватность и перспективность используемых в рамках проекта моделей космического полёта, уточнить особенности исследуемых эффектов при различной продолжительности воздействия, уточнить медицинские риски, а также расширить понимание механизмов наблюдаемых ранее адаптационных явлений. Проведённый сравнительный анализ результатов теста тандемной ходьбы выявил снижение динамической постуральной стабильности как после космических полётов, так и в условиях, моделирующих его, продемонстрировал зависимость данной характеристики от длительности воздействия факторов космического полёта (КП) на организм человека и от наличия системы профилактики негативных влияний этих факторов. Важно отметить, что выраженность изменений данного показателя в ходе короткого КП (12,9±1,5 суток) практически сопоставима с изменениями, наблюдаемыми после 21-суточной «сухой» иммерсии, что подтверждает адекватность используемой модели. Анализ постуральной устойчивости в различных сенсорных тестах выявил, что значения показателя EqScore достоверно различались только в острый период адаптации (первые 3 суток периода восстановления) как после космического полёта, так и после 5-суточного иммерсионного воздействия. Особый интерес вызывает отсутствие схожей тенденции после 21-суточного воздействия СИ, что, вероятно, может быть обусловлено особенностью адаптационных процессов к длительной опорной разгрузке вследствие продолжительного отсутствия необходимости поддерживать вертикальную позу – конвергенция сигналов от разных систем нарушается, вследствие чего может изменяться и отолитовая функция (Kornilova L.N., Naumov I.A. et al. 2011). В самом сложном тесте – с покачиваниями головы, подвижной платформой и закрытыми глазами – наблюдалось наиболее выраженное падение значений показателя EqScore, что свидетельствует о высокой зависимости процессов поддержания вертикальной стойки от опорных и проприоцептивных афферентных сигналов при стимуляции отолитового аппарата. Восстановления значений показателя EqScore при выполнении данного теста не наблюдалось в ходе первых 2-х суток после завершения КП. Сравнительный анализ точностных движений рук выявил наиболее выраженную зависимость исследуемых характеристик от наличия зрительной обратной связи после реального космического полёта по сравнению с воздействием факторов 21-суточной «сухой» иммерсии, увеличение проприоцептивной чувствительности после 21-суточной «сухой» иммерсии. Данное явление, вероятно, связаны с различной длительностью воздействия, а также с особенностями модели «сухая» иммерсия (отсутствие влияния на вестибулярный аппарат, активное использование рук в гравитационной среде, эффект научения). Примечательны результаты теста на воспроизведение и удержание усилия в 30% от максимального с наличием зрительной обратной связи и без неё. При этом как после КП, так и после 21-суточной «сухой» иммерсии возрастало количество ошибок при выполнении задачи градации усилий при увеличении общего количества ступеней. Исследования характеристик спинальных рефлекторных ответов мышц голени существенно расширили экспериментальную базу и увеличили число наблюдений, подтвердив в целом наличие изменений параметров спинальных рефлексов, вместе с тем выявив их вариативность. После длительных космических полетов изменения амплитуды и величины порога сухожильного рефлекса носили разнонаправленный характер, позволяя достоверно выделить две группы. В первой группе (10 космонавтов) после полета наблюдалось увеличение амплитуды рефлекторных ответов в среднем на 73,4% и снижение порогов на 15,5%; во второй группе (12 космонавтов), напротив, было зарегистрировано снижение амплитуды рефлекторных ответов на 53,8% и увеличение порогов на 45,5%. Повышение амплитуды рефлекса растяжения и снижение порогов рефлекторных ответов указывают на возрастание возбудимости в системе спинальных рефлексов. Обратные изменения характеристик рефлексов во второй группе свидетельствуют об ее снижении. Наличие отчетливо и достоверно проявляющихся изменений разной направленности после длительных полетов может быть обусловлено: а) состоянием мышечного аппарата (степенью мышечной атрофии), что определяется особенностями используемых космонавтом в ходе полета физических тренировок; б) режимом активности космонавтов после полета и т.д. По данным предыдущих исследований, в условиях 120-суточной антиортостатической гипокинезии в системе Ахиллова рефлекса развивалась гиперрефлексия, что проявлялось резким снижением порогов рефлекторных ответов и увеличением их максимальной амплитуды. В исследованиях в условиях 360-суточной АНОГ была показана зависимость направленности изменений характеристик сухожильных рефлексов от наличия и объема применения физических средств профилактики. Последние данные дают основание для уверенного заключения о том, что гипогравитация по всем классическим канонам деафферентационных (или правильнее гипоафферентационных) рефлексов сопровождается развитием гиперактивности рефлекторных механизмов. Однако, проявления гиперактивности маскируются периферическими мышечными эффектами той же гипокинезии. При устранении последних методами профилактики, вновь реализуются в полном объеме центральные, рефлекторные эффекты. Результаты исследований отчетного года демонстрируют наиболее выраженное снижение тонуса мышцы, выпрямляющей позвоночник (m. erector spinae в проекции T9-T8 позвонков) в первые часы иммерсионного воздействия. К четвертым-пятым суткам СИ достоверных отличий по сравнению с фоновыми значениями не обнаружено. В то же время изменения тонуса m. erector spinae нижележащих отделов в проекции L3-L4 позвонков были менее выражены. Результаты предварительного опроса испытуемых перед погружением в иммерсию не выявили наличия болевого синдрома, однако уже спустя несколько часов пребывания в «сухой» иммерсии испытуемые начинали отмечать болевые ощущения в области спины. В большинстве случаев пиковых значений боль достигала к вечеру первых суток – утру вторых. Оценка болевых ощущений была индивидуальной (от 1 до 8 баллов), но в среднем по группе составляла 3,9±0,5 и 4,3±0,5 баллов на первые и вторые сутки иммерсии соответственно. В последующие сутки болевые ощущения были менее выражены. На пятые и шестые сутки СИ у большинства испытуемых болевые ощущения пропадали. Важно отметить, что локализация боли преимущественно отмечается в поясничной области, как во время космических полетов, так и во время «сухой» иммерсии. Можно предположить, что резкое падение мышечного тонуса в первые часы СИ вызывает компенсаторный спазм паравертебральных мышц, который приводит к болевому синдрому. Увеличение роста как в космических полетах, так и в условиях «сухой» иммерсии также может быть обусловлено снижением тонуса мышц спины. При анализе данных космонавтов, совершивших длительные космические полеты, в первый час после приземления тонус m. erector spinae в проекции T9-T8 был снижен, однако уровня достоверности данное снижение не достигало, что может быть связано, как с применением средств профилактики на борту Международной космической станции, так и с перегрузками на этапе спуска. Сопоставление данных, полученных в ходе 21-суточной «сухой» иммерсии и после длительных космических полетов показало схожие тенденции в первые сутки иммерсии и первый час после приземления. Однако отсутствие данных, полученных непосредственно в космическом полете, не позволяет провести более детальное сравнение. Таким образом, пиковые значения снижения тонуса мышцы, разгибающей позвоночник, совпадает по своим временным характеристикам с наиболее выраженным болевым синдромом. Томографическое исследование размеров межпозвонковых дисков выявило достоверное увеличение их высоты на 3-и сутки иммерсионного воздействия, в большинстве случаев сохраняющееся и не усугубляющееся на 3-и и 5-е сутки СИ. Применение более длительной экспозиции (21 сутки) сопровождалось дальнейшим увеличением высоты дисков, достигавшим в отдельных случаях 22%; при этом у 3 из 8 испытуемых, напротив, наблюдалось уменьшение средних значений высоты межпозвонковых дисков. Анализ архитектуры позвоночного столба выявил тенденцию к уплощению углов естественной кривизны позвоночного столба (поясничный и грудной отделы) после 3-х и 5 суток иммерсионного воздействия. Более длительная экспозиция приводила к достоверному уплощению углов естественной кривизны позвоночного столба. При этом достоверное увеличение длины позвоночника было зарегистрировано как после пяти суток воздействия СИ, так и после 21-суточного воздействия; степень этого увеличения была сравнимой. Анализ площади поперечного сечения мышц (ППС), окружающих позвоночник, выявил достоверное снижение этого показателя. Наиболее заметные изменения наблюдались в квадратной мышце спины и мышце, выпрямляющей позвоночник. Интересно отметить, что указанные изменения в этих мышцах после 21-суточного воздействия были не более глубокими, чем после 3-х и 5-ти суток «сухой» иммерсии. Опираясь на литературные источники и на результаты предыдущих исследований коллектива, предложена схема предполагаемого механизма влияния снижения тонуса мышц спины на развитие синдрома боли в спине. В условиях 3-суточной «сухой» иммерсии в группе испытуемых женского пола наблюдалась тенденция к развитию гиперсензитивности в системе Н-рефлекса, проявляющейся в снижении порогов рефлекса и увеличении его абсолютной амплитуды. Изменения, выявившихся при регистрации рефлекторных ответов в данном исследовании, подтверждают представление о развитии гиперрефлексии в условиях гипогравитации, что отмечалось ранее и другими авторами в экспериментах с участием мужчин. Характеристики вызванных моторных ответов (ВМО) на спинальную магнитную стимуляцию после воздействия СИ также отражают явление гипогравитационной гиперрефлексии – мышечной гиперрефлексии, развивающейся в условиях микрогравитации. Наблюдаемые изменения после иммерсионного воздействия в группах испытуемых женского и мужского пола были сопоставимы, однако в группе испытуемых женского пола наблюдалось достоверно большее увеличение амплитуды ВМО и более явное снижение их порогов. Результаты нашей работы показывают, что 3-дневная опорная разгрузка ведёт к увеличению спинальной возбудимости, которая не зависит от состава исследуемой мышцы - преимущественно локомоторной (m. gastrocnemius) или позной (m. soleus). Полученные результаты сравнительного анализа морфофункциональных характеристик стоп у испытателей женского и мужского пола позволяют сделать вывод, что факторы «сухой» иммерсии однонаправленно для двух групп влияют на морфологические характеристики стопы: поднятие ее продольного и уплощение поперечного свода. Отметим, что данный феномен был наиболее выражен у мужчин. Основываясь на результатах предыдущих исследований, мы предполагаем, что пусковым механизмом выявленных изменений является изменение уровня опорной афферентации, что влечёт за собой снижение тонуса мышц, участвующих в подержании свода стопы. Этот феномен, вероятно, провоцирует выявленное ранее в эксперименте СУППОРТ смещение вверх и пронацию таранной кости, в результате чего происходит смещение ладьевидной кости вниз, что вызывает смещение вниз первой и второй клиновидных, а также первой плюсневой костей. В ответ на дальнейшее растяжение фасций (связок) стопы возникает выраженная регионарная мышечно-тоническая реакция в миофасциальном комплексе поперечного свода стопы. Это предположение подтверждается тем, что более выраженное повышение поперечной жёсткости мягких тканей поперечного свода стопы у женщин сочетается с меньшей степенью изменений как продольного, так и поперечного сводов. При сравнительном анализе полученных показателей после экспериментального воздействия в условиях 21-суточной антиортостатической гипокинезии и 21-суточной «сухой» иммерсии происходило снижение максимальной силы как при выполнении движения на разгибание, так и на сгибание ног на всех диапазонах тестируемых скоростей. Наиболее значительное изменение отмечалось при выполнении сгибания: после АНОГ максимальная сила снизилась на 9,1% по сравнению с исходным уровнем, после СИ – на 19,2%. Снижение силовой выносливости мышц голени и бедра также было более выражено после 21-суточной СИ.

 

Публикации

1. Амирова Л.Е., Плехуна А., Рукавишников И.В., Савеко А.А., Пейпси А., Томиловская Е.С. Sharp changes in muscle tone in humans under simulated microgravity Frontiers in Physiology, V.12, Issue 520, №661922 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3389/fphys.2021.661922

2. Васильева Г.Ю., Гордиенко К.В., Сидоренко Д.П., Щелыкалина С.П., Баталова Е.В., Томиловская Е.С., Гимадиев Р.Р., Носовский А.М., Ларина И.М. Dynamics of body composition indices and biochemical parameters in participants of countermeasure-free 21-day “dry” immersion Human Physiology, V. 47, № 3, P. 296-305 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1134/S0362119721030178

3. Карпинская В.Ю., Печенкова Е.В., Зеленская И.С., Ляховецкий В.А. Vision for perception and vision for action in space travelers Frontiers in Physiology, 13:806578 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3389/fphys.2022.806578

4. Носикова И.Н., Рябова А.М., Амирова Л.Е., Китов В.В., Томиловская Е.С. NAIAD-2020: Characteristics of motor evoked potentials after 3-day exposure to dry immersion in women Frontiers in Human Neuroscience, V.15, Issue 738, № 753259 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3389/fnhum.2021.753259

5. Носикова И.Н., Рябова А.М., Дмитриева Л.Е., Закирова А.З., Китов В.В., Томиловская Е.С., Козловская И.Б. Specific features of the motor potentials of the leg muscles induced by magnetic stimulation under the conditions of a five-day “dry” immersion in healthy volunteers Human Physiology, V. 47, I. 3, P. 282-288 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1134/S0362119721030130

6. Савеко А.А., Амирова Л.Е., Ермаков И.Ю., Смирнов Ю.И., Томиловская Е.С., Козловская И.Б. Effect of 5-day dry immersion on the human foot morphology evaluated by computer plantography and soft tissues stiffness measuring Scientific Reports, V. 11, P. 6232 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1038/s41598-021-85771-9

7. Томиловская Е.С., Амирова Л.Е., Носикова И.Н., Рукавишников И.В., Черногоров Р.В., Лебедева С.А., Савеко А.А., Ермаков И.Ю., Пономарев И.И., Зеленская И.С., Шигуева Т.А., Шишкин Н.В., Китов В.В., Рябова А., Брыков В., Абу Шели Н., Васильева Г., Орлов О.И. The first female dry immersion (NAIAD-2020): design and specifics of a 3-day study Frontiers in Physiology, Vol. 12, P. 858, Article 661959 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3389/fphys.2021.661959


Возможность практического использования результатов
не указано