Для создания космических тренажеров и научной аппаратуры для пилотируемых орбитальных станций в 1975 году при Институте медико-биологических проблем было создано Специальное конструкторское бюро (СКБ) экспериментального оборудования. Опыт сотрудников пригодился не только на высоких орбитах, но и в глубинах океана – для создания барокамер для спасения жизней подводников. А уже эта технология пришла в медицину. О том, как гибель подводной лодки "Комсомолец" связана с COVID-19, о езде на руках на велотренажере в космосе и аппаратуре для разведения мух в невесомости в интервью специальному корреспонденту РИА Новости Дмитрию Струговцу рассказал генеральный директор СКБ при Институте медико-биологических проблем РАН Алексей Логунов.
– На 2023-2024 годы запланирован запуск очередного научного аппарата для проведения научных исследований "Бион" с биологическими объектами на борту. Разрабатываете ли вы какое-то оборудование для этого эксперимента?
– Для российского научного спутника "Бион" специалисты СКБ полностью разработали систему жизнеобеспечения космического аппарата, которая предназначена для поддержания газового состава и влажности атмосферы спутника при подготовке, орбитальном полете и во время спуска. Весь эксперимент длится 30 суток. Наша аппаратура будет отвечать за поставку и хранение кислорода, удаление продуктов метаболизма, сбор конденсата. Специалистами СКБ разработаны блок управления, агрегат осушки, датчики давления и температуры. Таким образом, создание газовой среды и поддержание ее параметров в заданном режиме будет решаться за счет наших систем.
– На днях Роскосмос предложил изменить научную программу "Биона-М" номер 2 и вместо 800 километров отправить его на 20 000 километров в рамках проекта "Ковчег". Потребуются ли для новой миссии изменения системы жизнеобеспечения и насколько серьезные?
– При запуске "Бион-М" номер 2 на расстояние 20 000 километров всю систему придется менять, так как при увеличении срока полета возникает потребность в увеличении ресурсов обеспечения жизнедеятельности: кислорода, поглотителей CO2, вредных примесей, влаги.
– Вашим конструкторским бюро в свое время был создан велотренажер для МКС. Планируется ли его менять на новую модель или каким-либо образом модернизировать?
– Благодаря совместной работе ученых ИМБП и конструкторов СКБ, около 40 лет назад был создан прототип велотренажера, который сегодня успешно функционирует на борту МКС. Велотренажер положительно зарекомендовал себя как у российских, так и у зарубежных космонавтов. В отличие от американского аналога, отечественный аппарат полностью выполняет возложенный на него функционал и обеспечивает необходимую физическую нагрузку. В американском велотренажере нет нагрузки на руки, тогда как у нас есть. Помимо того, в отличие от нашего тренажера, в американском имеется облегченный режим, что позволяет тренироваться без особых усилий.
Изначально велотренажер находился на космической станции "Салют". Затем, благодаря специальной космической операции, был транспортирован на станцию "Мир", где также успешно эксплуатировался. После затопления "Мира" для МКС был создан аналогичный велотренажер с той же биомеханической схемой и кинематикой, но уже обновленный в части материалов и составляющих компонентов комплекса.
В рамках модернизации велотренажера на Земле непрерывно ведутся работы: уровень шума тренажера был снижен с 80 до 60 дБ, была разработана система управления велотренажером на базе планшетного компьютера с функцией мониторинга состояния космонавта, в том числе регистрацией параметров ЭКГ, которая позволяет устанавливать программу физической нагрузки, а также собирать и отправлять данные в соответствующие медицинские контролирующие службы. В текущем 2021 году как раз планируется замена существующей системы управления на усовершенствованную.
На Земле велотренажер постоянно модернизируется, но замена его на МКС как такового не требуется, так как комплектующие по факту вырабатывают трехкратный ресурс, и можно проводить их замену по мере износа. Вся материальная часть уже изготовлена и ждет своего часа.
– Еще один тренажер вашей разработки – силовой. Он до сих пор на Земле?
– Силовой тренажер разработан конструкторами СКБ в 2005-2006 годах. Он предназначен для тренировки основных групп мышц позвоночника, нижних конечностей, бедер, спины. С его помощью имитируются такие упражнения, как гребля, штанга и другие. В 2010 году был разработан действующий макет аналогичного силового многофункционального тренажера, но уже на базе вакуумного цилиндра, функционирующий автономно от бортового питания. Вопрос о дальнейшем развитии опытного образца, а также доставке его на МКС или другие пилотируемые станции решается.
Необходимо понимание того, что идеологию разработки оборудования для профилактики неблагоприятного воздействия инициируют прежде всего научные подразделения Института медико-биологических проблем, а основным заказчиком подобных энергоемких проектов, финансируемых из федерального бюджета, является ракетно-космическая корпорация "Энергия". На сегодняшний день заказа на систему профилактики у нас нет, так как МКС укомплектована всем необходимым для ее успешного функционирования оборудованием.
– Какие еще разработки в интересах МКС в настоящее время ведет ваше СКБ?
– В настоящее время создана научная аппаратура "Мутагенез", разработанная для проведения длительного эксперимента с целью наблюдения эволюционного развития мух дрозофилов. С помощью нашей аппаратуры возможна доставка биообъектов (не менее нескольких сотен) на МКС и их культивирование во время полета с возможностью контроля температуры и влажности. Аппаратура также оснащена функциями регистрации параметров и видеорегистрации. Сейчас исследователи продолжают проводить испытания и готовить опытные образцы. Летные образцы будут изготовлены в декабре 2021 года и, как планируется, доставлены на борт МКС в 2022 году.
Также СКБ разработана научная аппаратура "Феникс", созданная для проведения экспериментов с целью получения новых данных о воздействии факторов космического пространства на состояние генетического аппарата, высушенных лимфоцитов человека и клеток костного мозга. Созданы специальные пеналы для биоматериалов. Эти пеналы предназначены для экспонирования на внешней поверхности МКС.
Создана служебная система – термохимический аварийный генератор кислорода, который при выходе из строя электронного может обеспечивать экипаж кислородом. Аварийный генератор установлен на МКС в дежурном режиме.
Разработана научная аппаратура "Асептик", предназначенная для создания асептических условий проведения биотехнологических экспериментов в условиях орбитального полета. Серийно изготавливается с 2009 года и используется на МКС. Аппаратура представлена набором неметаллических боксов с питательной средой и насосом для отбора проб воздуха.
– Какие наработки вы можете предложить для реализации на российской национальной орбитальной станции, если будет принято решение о ее строительстве?
– Идеологом программ по медико-биологическому обеспечению орбитальных станций выступает Институт медико-биологических проблем РАН, и в зависимости от того, какую аппаратуру он нам закажет, и ведутся наши конструкторские разработки. Из существующих наработок СКБ для реализации на российской орбитальной станции уже изготовлены и успешно функционируют следующие средства профилактики: велотренажер, силовой тренажер, беговая дорожка, а также генератор кислорода (из твердотопливных источников), аппаратура получения кислорода методом разделения газожидкостной смеси с помощью мембран.
– Фонд перспективных исследований уже не первый год ведет работы в области создания системы жидкостного дыхания для спасения подводников при экстренном всплытии. Вы в свое время работали в другом направлении – создавали барокамеры. Как вы относитесь к перспективам жидкостного дыхания, и применяются ли сейчас ваши разработки в ВМФ?
– Первыми разработками жидкостного дыхания начало заниматься 40-е НИИ около 30 лет назад. Успешные опыты проводились с собаками, одну из которых я видел сам живой и здоровой. Однако тогда ученые НИИ определили, что эта система не пригодна для спасения подводников. Во-первых, легочная мускулатура человека не приспособлена к дыханию жидкостью. Во-вторых, нет возможности обеспечить циркуляцию дыхательной смеси в течение длительного времени. В аварийной ситуации спасения подводников заполнение легких жидкостью и выведение ее после всплытия крайне проблематично.
Перспективным жидкостное дыхание является для лечения инфекционных заболеваний пневмоний тяжелой формы (в том числе и новой коронавирусной инфекции COVID-19), так как легкие можно промыть от инфекции в циркуляционном режиме.
Для спасения подводников конструкторами СКБ разработаны барокомплексы, которые по своим техническим характеристикам являются лучшими не только в России, но и за рубежом. В настоящее время они позволяют проводить все необходимое лечение и эксплуатируются практически на всех крупных базах ВМФ.
Наша водолазная транспортировочная барокамера "Кубышка" обеспечивает практически все режимы по лечению, подаче кислорода – проведению оксигенации. Также нашими специалистами разработан аппарат спасательный водолазно-медицинский с использованием подогретых кислородно-гелиевых смесей.
– Ваши наработки для спасателей нашли свое применение при лечении пациентов с COVID-19. Жизни скольких пациентов они спасли?
– В составе комплексной терапии новой вирусной инфекции COVID-19 применяются аппараты для ингаляций подогретыми кислородно-гелиевыми смесями серии "Ингалит" нашей разработки. Впервые потребность в создании этих аппаратов возникла после гибели подводной лодки "Комсомолец" в 1989 году. Перед специалистами СКБ была поставлена задача спасения людей от переохлаждения. В основу методики лечения легла идея доктора медицинских наук, профессора Бориса Николаевича Павлова, который научно обосновал широкое применение инертных газов, включая гелий, в неинвазивных методах лечения.
Многочисленные клинические исследования показали, что состав газовой смеси в отношении 30% кислорода к 70% гелия полностью обеспечивают физиологическую потребность человека в кислороде, так как в воздухе его содержание составляет 21%, а гелий, благодаря его физическим свойствам (высокая диффузионная способность, высокая теплоемкость), является идеальным носителем кислорода к пораженным участкам бронхолегочной системы.
Если говорить о спасении жизней людей с диагнозом COVID-19 при помощи ингаляций подогретой кислородно-гелиевой смеси, осуществляемой нашим аппаратом "Ингалит В2-01", то одним из примеров является Центральная клиническая больница РАН. Они применяют кислородно-гелиевую терапию на тяжелых больных, успешно снимают их с аппаратов ИВЛ. Хорошие отзывы о применении наших аппаратов мы получаем из Военно-клинического госпиталя имени Н.Н. Бурденко. Точное число спасенных пациентов я не скажу, оно постоянно увеличивается, но в этом лечебно-профилактическом учреждении наши аппараты применяются с 2013 года, и ни одного случая летального исхода у пациентов, принимающих ингаляции подогретыми кислородно-гелиевыми смесями, не зарегистрировано. Многие лечебно-профилактические учреждения начинают использовать эту технологию на ранних стадиях заболевания. Например, в городской клинической больнице №52 Москвы ее начинают применять сразу, и пациент не попадает на ИВЛ. Примеров таких очень много.
– Как работает аппарат?
– Принцип работы аппарата заключается в подаче кислородно-гелиевой смеси с предварительным ее разогревом до заданной температуры в 90 градусов. Эмпирически было установлено, что именно подогретая гелиевая смесь, воздействуя на рецепторы рефлекторного поля, запускает механизм кровообращения: улучшается газообмен, снижается нагрузка на дыхательные мышцы, оптимизируется работа дыхательного центра.
В настоящее время СКБ не стоит на месте. Наши конструкторы активно работают над усовершенствованием аппаратов с учетом практики их применения в лечебно-профилактических учреждениях и потребностей врачей, которые ежедневно борются за жизни людей.