Сухая иммерсия: история создания

Начиная с конца 50-х годов прошлого столетия начались поиски возможности моделирования невесомости в условиях Земли. Уже с первых полетов человека в космос стало понятно, что пребывание человека в невесомости свыше 3 часов действовало губительно. Помимо нарушений деятельности сердечно сосудистой системы медики выявили нарушения в работе вестибулярного аппарата, атрофию мышц, вымывание кальция из костной ткани (Григорьев А.И. Потапов А.Н., 2017 ). Необходимо было найти решение как нивелировать развивающиеся нарушения во время полета, а самое главное, ответить на вопрос как долго займёт процесс восстановления на Земле и какие методы реабилитации должны быть разработаны. Это можно было сделать только в длительных экспериментах в условиях, воспроизводящих невесомость.  С этой целью начались разработки различных моделей, имитирующих микрогравитацию. Наиболее перспективным представлялось использование воды, как модели безопорного пространства. Тщательно изучались возможности различных иммерсионных моделей:

— по составу иммерсионной среды: обычная вода, растворы хлорида натрия и кремния;

— в соответствии с положением оси тела: вертикальное (положение стоя, сидя и даже перевернутым) или горизонтальное;

— по глубине погружения: погружением до шеи (также называемым головным или глубоким погружением), частичное погружение (до подмышечной впадины, до xiphisternum и т. д);

—  по температуре жидкостной среды: погружение может быть термонейтральным (около 33-36° C), горячим (37-39°С), холодным (ниже 31-28°С);  

— по способу изоляции объекта погружения от жидкостной среды: погружение без изоляции («мокрое» погружение), погружение с изоляцией с помощью водолазного костюма (погружение «костюм»)

— по времени экспозиции: короткое (до 2 ч) или продолжительное (до нескольких недель).

В результате длительных поисков в начале 1970-х годов E.B. Шульженко и И.С. Виль-Вильямс, советскими специалистами в области космической биологии и медицины, которые работали в Институте авиационной и космической медицины (ныне – ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН, Москва) был разработан и предложен метод «сухого» погружения как самое эффективное средство моделирования невесомости. Они представили доказательства того, что использование метода сухого погружения позволяет проводить длительные эксперименты без сопутствующих осложнений (Shulzhenko EB et al., 1977). Технологию назвали сухая иммерсия.

Основным ограничением обычного метода «мокрого» погружения является его продолжительность, которая не может превышать 6-12 часов, а также использование для погружения изотонического или гипертонического раствора хлорида натрия или кремния.  Это приводит к мацерации кожного покрова, является значимым ограничением при отборе испытателей (любые, даже небольшие повреждения кожных покровов являются противопоказанием для погружения в солевые растворы), а также несет существенные затраты и технические трудности в реализации данной технологии. Напротив, «сухое» погружение как метод прост, легко реплицируется и позволяет продлить экспериментальный период. «Костюмная» и вертикальная иммерсия не воспроизводила очень многие эффекты реальной невесомости, в частности -перераспределение жидкостных сред в организме. Кроме того, во всех вышеперечисленных случаях не удавалось достигнуть глубокого погружения. Наиболее продуктивной экспериментальной моделью в этом плане стала сухая иммерсия, эффекты которой в том числе выявили существенную зависимость от степени погружения (Nastassia M. Navasiolava, Marc-Antoine Custaud, Elena S. Tomilovskaya, Irina M. Larina, 2010).

Для реализации данного метода была разработана специальная сухая иммерсионная ванна, которая наполнялась водопроводной водой и устанавливалась в помещении, оснащённом внешней системой подогрева и очистки воды (Рис.1).

В настоящее время в ГНЦ РФ Институте медико-биологических проблем РАН совместно с ООО «Центр авиакосмической медицины и технологий» разработана новая модификация  Иммерсионная ванна МЕДСИМ – медицинская система имитации невесомости  со встроенными автоматическими системами очистки и нагрева воды, что позволяет устанавливать ее в любые помещения (Рис.2).

Вокруг внешнего края ванны крепится специальная высокоэластичная водонепроницаемая ткань. Площадь ткани значительно превышает площадь поверхности воды и рассчитывается по специальной формуле (НОУ-ХАУ). За счет этого испытуемый «свободно подвешиваться» в массе воды, при этом контакта с водой не происходит.

В зависимости от задач и от необходимости развития тех или иных физиологических эффектов, определяется протокол глубины погружения. При этом высота столба воды в комплексе — не менее 700 мм.  Температура воды регулируется автоматически в диапазоне от 32-40 ° C и также устанавливается в зависимости от задач и от необходимости развития тех или иных физиологических эффектов.

Сегодня иммерсионная ванна МЕДСИМ является основной технологией, которая используется в области космической физиологии и медицины в целях подготовки и реабилитации космонавтов.

Список цитируемых источников:

Григорьев А.И. Потапов А.Н. Космическая физиология (рус.) // Вестник российского фонда фундаментальных исследований : статья в журнале — научная статья. — 2017. — № S1. — С. 21—38.

Шульженко Е.Б., Виль-Вильямс И.Ф. Возможность проведения длительной водной иммерсии методом сухого погружения. (рус.) // Журнал космической биологии и авиакосмической медицины. — 1976. — Т. 10, № 2. — С. 82—84.

Образовательный курс «Сухая иммерсия. Невесомость на земле: теоретические и прикладные аспекты, возможности применения в лечении и реабилитации» // Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. — 2018. — Т. 17, вып. 2.

Nastassia M. Navasiolava, Marc-Antoine Custaud, Elena S. Tomilovskaya, Irina M. Larina, Tadaaki Mano.

Шульженко Е.Б., Виль-Вильямс И.Ф. Имитация детренированности организма методом «сухого» погружения (рус.) // Х чтения К.Э. Циолковского : Секция «Пробл. косм. мед. биол.». — 1975. — С. 39—47.

Иммерсионная ванна МЕДСИМ – медицинская система имитации невесомости | Центр авиакосмической медицины