Введение

С каждым годом человечество всё ближе подходит к реализации амбициозной мечты о колонизации Луны и Марса. Однако такие миссии ставят перед учеными и инженерами множество сложных задач, среди которых особое внимание уделяется медицинским аспектам. Что делать, если у астронавта или космического туриста произойдет сердечный приступ на расстоянии миллионов миль от ближайшей больницы?

Новый симулятор для подготовки к космическим полетам

Исследовательская группа из Университета Конкордия разработала высокоточный симулятор, который моделирует динамику притока крови (гемодинамику) в условиях уменьшенной гравитации. Этот симулятор, основанный на модифицированной манекен, оснащён 3D-добавленным сердечно-сосудистым аппаратом, который включает сердце, клапаны, искусственные сосуды и замкнутую систему, имитирующую кровоток.

После тестирования было установлено, что симулятор успешно воспроизводит ключевые показатели давления, наблюдаемые во время эффективного выполнения сердечно-легочной реанимации (СЛР) на Земле, и демонстрирует устойчивый кровоток как в нормальной гравитации, так и в условиях гипогравитации. Исследование также выявило заметные различия в реакции организма на уменьшенную гравитацию.

«Мы наблюдали значительные изменения в различных типах артериального давления при гипогравитации и нормальной гравитации: систолическое, диастолическое, среднее артериальное давление и пульсовое давление были выше. Это подтвердило эффективность нашего высокоточного симулятора сердца», — говорит ведущий автор исследования, Зои Лорд, которая продолжает учёбу в аспирантуре в Университете Куинс.

Проблемы реанимации в космосе

Стандартные методы СЛР могут оказаться неэффективными в условиях космоса из-за влияния уменьшенной гравитации на приток крови и отсутствия опоры, среди прочих факторов. Хотя были предложены различные адаптированные для космоса техники СЛР, ни одна из них не была полностью проверена с использованием внутренних физиологических показателей.

Ранее проведенные исследования сосредоточивались в основном на внешних метриках, таких как глубина и скорость сжатия, которые не учитывают, достаточно ли крови циркулирует для поддержания жизненно важных органов, что затрудняет определение наиболее эффективных техник. «Большинство проблем, связанных с СЛР в космосе, ориентированы на врача, а не на пациента», — отмечает Льес Кадем, профессор кафедры механического, промышленного и аэрокосмического инжиниринга и директор Лаборатории гемодинамики. «Мы видим эту систему как мост, который поможет практикам космической медицины исследовать гемодинамику кровотока.»

Моделирование космических условий

Симулятор был разработан и протестирован в лабораториях Университета Конкордия и на борту канадского правительственного самолета Falcon 20, специально предназначенного для космических научных экспериментов. Исследователи проводили эксперименты в течение коротких моментов гипогравитации во время двух параболических полетов, которые проходили в течение двух дней.

Перед полетами автоматизированный симулятор был установлен на раме и закреплен над модифицированным манекеном. В моменты гипогравитации он выполнял точные сжатия желудочка сердца. «Это начало процесса движения жидкости, аналогичной крови, через сонную артерию к мозгу», — говорит Лорд.

Датчики были установлены на стратегически важных участках манекена, включая сонную артерию, которая является основной артерией, переносящей кровь от сердца к мозгу. Эти датчики могли отслеживать изменения давления в реальном времени, позволяя исследователям наблюдать, насколько эффективно сжатие перемещает жидкость по телу. Член команды Кристиан Андраде собирал и интерпретировал данные в реальном времени в условиях гипогравитации.

Будущее симуляторов СЛР

Лорд подчеркивает, что существующая версия симулятора — это лишь первая из нескольких итераций, которые она надеется создать. «Мы хотим сделать будущие модели более физиологически реалистичными по сравнению с первой. Мы надеемся интегрировать позвоночник, грудную клетку и более сложную грудную полость, поскольку сердце сжимается, когда человек находится в космосе. Мы также надеемся улучшить трубчатые структуры и усовершенствовать приборы», — говорит она. «Конечная цель состоит в том, чтобы доставить наш манекен на Международную космическую станцию, чтобы измерить, что происходит в условиях реального космического полета.»

Заключение

Разработка высокоточного симулятора для СЛР в условиях гипогравитации — важный шаг к обеспечению безопасности астронавтов во время длительных космических полетов. С каждым новым этапом исследований мы приближаемся к созданию медицинской инфраструктуры, способной справляться с экстренными ситуациями в космосе, что делает наши планы по колонизации других планет более реалистичными.