Афонин Б.В. Эксперименты по электрогастроэнтерографии желудочно-кишечного тракта в космическом полете с участием женщины-космонавта / www.GastroScan.ru. 2016.

Эксперименты по электрогастроэнтерографии желудочно-кишечного тракта в космическом полете с участием женщины-космонавта

Б.В. Афонин
ГНЦ РФ–ИМБП РАН, Москва

В феврале 2014 года на Международной космической станции (МКС) командиром 38-ой экспедиции Котовым О.В. и бортинженером Рязанским С. Н. были начаты эксперименты по 1 этапу космического медицинского эксперимента «Спланх», направленного на исследование особенностей структурно-функционального состояния различных отделов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) с целью выявления специфики изменений пищеварительной системы, возникающих в условиях космического полета [1, 2]. Научный руководитель эксперимента «Спланх» – к.м.н. Афонин Б.В. – ведущий научный сотрудник «Лаборатории питания, гастроэнтерологии и гигиенического контроля физических факторов среды обитания» ГНЦ РФ–ИМБП РАН.

На этапе 1 проводится электрогастроэнтерография (ЭГЭГ) – запись с накожных электродов электрических потенциалов в частотном диапазоне, специфичном для ЖКТ (0,01–0,25 Гц) с помощью бортового двухканального гастроэнтерографа «Спланхограф» (рис. 1). ЭГЭГ подкрепляется определением в капле крови из пальца на штатном бортовом анализаторе «Рефлотрон-4» биохимических показателей, характеризующих состояние отдельных органов пищеварительной системы.

Рис. 1. Прибор «Спланхограф» и кабель съема информации с 5 зажимами для фиксации одноразовых хлорсеребряных ЭКГ электродов (фото ИМБП)

Прибор «Спланхограф» был создан специально для эксперимента «Спланх» совместно ГНЦ РФ–ИМБП РАН и НПП «Исток-Система» на базе серийно выпускаемого медицинского компьютерного электрогастроэнтерографа «Гастроскан-ГЭМ». «Спланхограф» в составе комплекта для транспортировки и хранения «Спланх-1» был доставлен на МКС в конце 2013 года.

В эксперименте «Спланх» электроды для ЭГЭГ устанавливаются так, чтобы записывать электрические сигналы с двух скрещенных направлений: «левая ключица – правая передняя верхняя ость тазовой кости» и «правая ключица – левая передняя верхняя ость тазовой кости» (рис. 2). Нейтральный электрод крепится в районе мечевидного отростка. Точки установки измерительных электродов выбраны так, чтобы под ними был минимальные слои жира и мышц, так как жир ослабляет электрический сигнал, а мышцы создают электрические помехи [3]. Такое расположение электродов позволяет делать запись ЭГЭГ в условиях свободного двигательного режима. Два перекрещивающихся на теле отведения позволяют контролировать изменение оси распространения электрического сигнала от различных отделов ЖКТ, которые возникают в условиях невесомости или при перемене положения тела на земле.

Рис. 2. Расположение электродов для ЭГЭГ. На фото Олег Артемьев – бортинженер экипажа МКС-40/41 в предполетный период, во время подготовки записи фоновой ЭГЭГ по программе КЭ "Спланх" (фото ИМБП)

Спектральный анализ записанных электрических сигналов ЭГЭГ позволяет определять величину электрической активности всех основных отделов ЖКТ в частотных спектрах, специфичных для желудка, двенадцатиперстной, тощей, подвздошной кишки и толстого кишечника.

Перед полетом на МКС космонавты, участвующие в эксперименте «Спланх», проходят обучение с проведением наземных фоновых исследований, включающих запись ЭГЭГ натощак, во время приема пищи и в течение 2-х часов после приема завтрака. В условиях МКС такие же исследования каждый космонавт проводит сам у себя после 3 и 5 месяцев полета, когда организм полностью адаптируется к условиям невесомости. После возвращения на Землю аналогичные исследования ЭГЭГ проводятся постановщиками эксперимента на 2 и 14 сутки, для изучения динамики адаптации ЖКТ при возвращении к земным условиям гравитации и обычному питанию (рис. 3).

Рис. 3. Космонавт Александр Скворцов на 2-е сутки после завершения космического полета в противоперегрузочном костюме "Кентавр" во время записи ЭГЭГ по программе КЭ "Спланх" (фото ИМБП)

В мае-сентябре 2014 года эксперимент «Спланх» был продолжен экипажем 40 экспедиции, в составе бортинженеров Скворцова А.А. и Артемьева О.Г.

26 сентября 2014 года на МКС на корабле «Союз ТМА-14М» впервые прибыла российская женщина-космонавт бортинженер Серова Елена Олеговна. Она стала, с учетом женщин-космонавтов СССР, четвёртой женщиной-россиянкой, побывавшей в космосе, после семнадцатилетнего перерыва.

Включение Елены Серовой в состав основного экипажа корабля «Союз ТМА-14М» было принято решением межведомственной комиссии 15 декабря 2011 г. [4]. Командиром экипажа был первоначально назначен российский летчик-космонавт Кондратьев Д.Ю., уже работавший на МКС в 2010-11 годах командиром 27 экспедиции. Однако вместо него 8 октября 2012 года командиром экипажа стал летчик-космонавт Самокутяев Александр Михайлович, летавший на МКС бортинженером вместе с Кондратьевым Д.Ю. в составе 27 экспедиции. Третьим членом экипажа стал астронавт Barry Eugene Wilmore (США).

Несмотря на замену командира, подготовка экипажа прошла в полном объеме, в том числе по подготовке к исследованиям в рамках эксперимента «Спланх» (рис. 4, 5). Оба космонавта за 2 занятия полностью освоили научную аппаратуру и методические приемы проведения космического эксперимента "Спланх" и провели предполетные фоновые исследования, относительно результатов которых проводится анализ показателей ЭГЭГ полученных в эксперименте на МКС.

Рис. 4. Елена Серова во время обучения работе с прибором «Спланхограф», проводившегося Афониным Б.В. в предполетный период (фото ИМБП)

Рис. 5. Елена Серова во время обучения методическим приемам работе с прибором «Спланхограф», проводившегося инженером обеспечения космического эксперимента "Спланх" Коргуном С.В. (фото ИМБП)

При полете корабля «Союз ТМА-14М» не раскрылась одна из двух панелей солнечной батареи, тем не менее, он успешно состыковался с МКС [4]. 23 декабря 2014 года на 89 день полета бортинженером Еленой Серовой был проведен 1-й сеанс КЭ "Спланх" с электрогастроэнтерографией и биохимическими исследованиями в крови из пальца (рис. 6, 7).

Рис. 6. Елена Серова проводит электрогастроэнтерографию с помощью прибора «Спланхограф», закрепленного на поясе, и одновременно готовится к биохимическому анализу из капельки крови на среднем пальце правой руки (фото ИМБП)

Рис. 7. Елена Серова проводит электрогастроэнтерографию с помощью прибора «Спланхограф», закрепленного на поясе, и одновременно выполняет биохимический анализ крови с помощью прибора «Рефлотрон-4», установленного на панели жилой зоны. На панели также закреплены укладки с расходными материалами (фото ИМБП)

Через несколько дней 1-й сеанс КЭ "Спланх провел командир экспедиции Самокутяев А.М. (рис. 8). Файлы с записью ЭГЭГ обоими космонавтами были переданы по каналам связи в ЦУП постановщикам эксперимента, которые убедились в возможности их расшифровки и обработки в специальной программе и подтвердили полноту выполнения космического эксперимента.

Рис. 8. Александр Самокутяев проводит электрогастроэнтерографию с помощью прибора «Спланхограф», закрепленного на поясе. Справа на панели раскрыта укладка с набором туб, содержащих полоски для биохимических исследований крови на "Рефлотроне" (фото ИМБП)

В соответствии с «Долгосрочной программой научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на российском сегменте МКС» эксперимент «Спланх» должен был проводиться в новом Многоцелевом лабораторном модуле (МЛМ) «Наука», который по первоначальным планам должен был быть запущен в 2012 году. В 2013 году по результатам испытаний в Ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва модуль был отправлен на доработку в Государственный космический научно-производственный центр (ГКНПЦ) им. М.В. Хруничева, и запуск был отложен до конца 2014 года. В 2014 году запуск также не состоялся. Сейчас модуль модернизируется так, чтобы в будущем он мог быть отстыкован от МКС и включен в состав планируемой Национальной российской орбитальной станции [5]. Новый плановый срок готовности – 2017 год.

Отсутствие лабораторного модуля затрудняет проведение экспериментов на МКС, вынуждая перемещать аппаратуру с места на место. Как и в самых первых экспериментах у экипажа 38-ой экспедиции, исследования 42-ой экспедиции проводились в рабочем отсеке служебного модуля «Звезда». На фотографиях видно, что бортовой анализатор биохимических показателей крови «Рефлотрон-4», ранее находившийся в зоне малого диаметра рабочего отсека модуля «Звезда» [1, 6], теперь перенесен в жилую зону большого диаметра этого модуля (рис. 6-8).

Повторные сеансы космического эксперимента "Спланх" Александр Самокутяев и Елена Серова провели в соответствии с программой исследований после 5 месяцев пребывания на МКС, за 1 месяц до возвращения на Землю.

Оба прибора «Спланхограф» и «Рефлотрон-4» во время эксперимента работали без сбоев. Результаты биохимических исследований и 4 файла с записью ЭГЭГ после завершения каждого сеанса космического эксперимента пересылались космонавтами на Землю исполнителю для контроля полноты его выполнения. Записанные электрогастроэнтерограммы в цифровом виде на microSD картах памяти доставлены на землю при возвращении экипажа 12 марта 2015 года и переданы исполнителю в ГНЦ РФ–ИМБП РАН для проведения обработки и анализа. Эксперимент был успешно завершен проведением ЭГЭГ на 2-е и 14 сутки периода реадаптации.

Анализ имеющихся в настоящее время результатов исследований показал, что в КП, за исключением отдельных случаев, наблюдается снижение электрической активности (амплитуды и мощности электрического сигнала) желудка и основных отделов кишечника как натощак, так и после приема пищи, которое сохраняется в остром периоде после завершения полетов. Изменения электрической активности, выявленные в КП, отличаются от тех, что наблюдаются в наземных экспериментах, моделирующих эффекты невесомости (антиортостатическая гипокинезия, иммерсия, антиортостатическое положение).

В КП снижение электрической активности ЖКТ, по-видимому, отражает уменьшенное его напряжение в поддержании моторно-эвакуаторной функции, обеспечение которой в обычных условиях связано с весом пищи. Сохранение снижения электрической активности в послеполетном периоде предполагает возможную детренированность эвакуаторной функции, возникшую в невесомости.

В качестве других причин снижения электрической активности ЖКТ рассматривается изменение внутрисуточных ритмов его эвакуаторной функции и смещение осей распространения электрического сигнала из-за изменения расположения органов брюшной полости в невесомости. Роль последней причины можно выявить по изменению соотношения величин электрической активности отделов ЖКТ между в 1-м и 2-м отведением.

В 2015 году исследования по программ КЭ "Спланх" были продолжены бортинженером 43 экспедиции Шкаплеровым А.Н., командиром 44 экспедицией Падалкой Г.И. и бортинженером Корниенко М.Б., командиром 45 экспедиции Волковым С.А. Исследования первого этапа КЭ "Спланх" продолжатся до поставки на МКС бортовой ультразвуковой системы, что позволит перейти к этапу 2 и 3 космического эксперимента, в которых гастроэнтерография будет дополнена проведением ультразвуковых исследований органов брюшной полости и допплерографическими исследованиями кровотока в их сосудах.

Литература