На прошлой неделе Европейское космическое агентство (ESA) объявило, что следующий астронавт Матиас Маурер, отправка которого на МКС запланирована на 31 октября в составе миссии SpaceX Crew-3, наденет SmartTex — «умную» футболку с датчиками. Постоянный мониторинг жизненно-важных показателей здоровья (VitalSigns) необходим для проведения 6-месячного эксперимента по контролю воздействия микрогравитации на сердечную мышцу. Предполагается, что SmartTex станет обязательным атрибутом для европейских астронавтов. Подобный комплекс Astroskin было разработан пару лет назад и Канадским космическим агентством (CSA) для своего астронавта. Как же обстоит дело в России и нужен ли вообще мониторинг здоровья человека в режиме реального времени?

SmartTex, ESA

В эксперименте BEAT (баллистокардиография для внеземного использования и долгосрочных миссий) исследуют долговременный эффект воздействия микрогравитации на работу сердечной мышцы. Датчики «умной» футболки фиксируют частоту сокращения сердечной мышцы или время открытия/закрытия сердечных клапанов у астронавтов. Такую информацию обычно можно получить только с помощью сонографии или томографии, которые проводятся с помощью объемных приборов.

В состав футболки также входит небольшой концентратор сигналов и радиопередатчик. Телеметрия с футболки будет передаваться через коммуникационную сеть Wireless Compose 2 (WICO2), её Матиасу Мауреру ещё предстоит развернуть на МКС. Пока датчики и радиопередатчик SmartTex питаются от батарей, но учёные разрабатывают фотоэлектрические элементы, которые смогут вырабатывать электроэнергию от искусственного освещения внутри МКС.

Полученные данные будут временно храниться в сети WICO2 и извлекаться оттуда астронавтом через определенные промежутки времени. Массивы данных затем будут передаваться на Землю через стандартные каналы связи МКС для последующего анализа в DLR (немецкое космическое агентство). Следующий астронавт ESA, Саманта Кристофоретти, которая полетит на МКС в апреле 2022 г., также получит «умную» футболку SmartTex. Полученные в ходе эксперимента данные пригодятся при планировании миссий на Луну и Марс. Европейские разработчики также полагают, что в будущем технологии SmartTex смогут найти применение и на Земле, в сфере фитнеса и телемедицины.

Astroskin, CSA

В отличие от европейской системы SmartTex, которая только готовится к развёртыванию на МКС, аналогичная по задумке система биомониторинга Astroskin разработки канадского CSA уже активно используется на станции с 2019 г. Изначально она была разработана для канадского астронавта Давида Сен-Жака, но на начало декабря 2020 г. Hexoskin, компания-разработчик системы, отправила на МКС уже семь «умных» футболок Astroskin для астронавтов NASA, CSA и ESA.

По сравнению с европейской SmartTex «умная» футболка Astroskin обладает более широким набором датчиков для одновременного измерения большинства жизненно-важных показателей человека, а не только снятия кардиоданных. Датчики на Astroskin в режиме реального времени измеряют давление, пульс, ЭКГ (три ответвления: VHR, QRS, RR intervals), частоту дыхания, температуру тела и уровень активности. В саму футболку из электропроводимого текстиля встроен небольшой шлюз-коннектор, собирающий данные со всех датчиков, встроенной батареи хватает на 48 часов работы.

Ещё одно отличие: «умная» футболка Astroskin работает с планшетом, на котором предустановлено специализированное ПО (уже потом данные сгружаются в системы МКС и передаются на Землю). А SmartTex изначально разрабатывается как часть коммуникационной сети WICO2, которую предстоит развернуть на МКС. К ней можно будет подключать и другие устройства для хранения и, возможно, для анализа данных на борту.

«Умная» футболка Astroskin уже продается на Земле. Клиенты — в первую очередь военные, а также службы быстрого реагирования, промышленные предприятия со сложными условиями труда, медицинские организации и профессиональные спортсмены. Компания-разработчик Hexoskin рекомендует партнёрам использование программы VivoSense для анализа физиологических данных с носимых устройств.

Космическая медицина. В начале

Ежедневной практики мониторинга физиологических параметров космонавтов в России нет, снимаются изменения показателей за определенные периоды. Это связано с историей освоения космоса в нашей стране: длительность полетов планомерно наращивалась, накапливалась статистика по ним. Собственно, рождались направления космической кардиологии и медицины. Одним из её важных направлений стала донозологическая диагностика, то есть отслеживание пограничных состояний и в целом, профилактика заболеваний на основе данных по сердечно-сосудистой системе. Ученые убеждены, что по её адаптационным реакциям можно судить о состоянии всего организма.

В 1964 году в Институте медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН) открылась лаборатория медицинской кибернетики. В ней разрабатывались методы анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР), сейсмокардиографии (СКГ, колебания грудной стенки, связанные с сердечными сокращениями) и баллистокардиографии (БКГ, механические проявления сердечной деятельности, выражающиеся в смещениях тела человека). На их основе были созданы принципиально новые подходы к оценке риска развития патологии в условиях длительного космического полета, начиная с первых орбитальных станций «Салют» в 1970-е гг. У американцев и европейцев такого опыта не было: после кратковременных экскурсий на «Скайлэб» на длительное время астронавты стали летать на орбиту только с запуском станции «Мир».

В нормальном режиме углублённый мониторинг физиологических параметров российских космонавтов осуществляется раз в 2–3 недели. Они сдают анализы крови и мочи на биохимию, снимают электрокардиограмма (ЭКГ), выполняются холтер-мониторинг, нагрузочные исследования. Телеметрия с датчиков комплекса медицинских регистрирующих систем передаётся на Землю, где её в зависимости от профиля изучают узкие специалисты (см. подробнее материал в журнале «Русский космос»). Конечно, в случае чрезвычайных ситуаций или ухудшения состояния космонавта организуется отдельный сеанс связи с медиками в ЦУПе, как правило, по закрытому каналу.

Тем не менее, схожие с «умными» футболкам задачи возникают во время внекорабельной деятельности, когда требуется в режиме реального времени отслеживать базовые физиологические параметры российских космонавтов. В этом случае состояние человека определяется по ЭКГ как суммирующему показателю всех систем организма, в частности пульсу, и температуре тела. Космонавт крепит термистр на кожу в заушной ямке, прикрепляет к телу электроды для снятия ЭКГ, а уже сверху надевает нательное бельё и систему охлаждения. После входа в скафандр все датчики через специальный медицинский разъём подключаются к его автономной системе обеспечения жизнедеятельности (АСОЖ). Косвенно состояние космонавта отслеживается по расходу кислорода, энергозатратам и другим параметрам АСОЖ скафандра, а также по данным радиообмена и по видео экипажа.

«В российской (а тогда еще советской) научной программе подобная идея [мониторинг жизненно-важных показателей – прим.ред.] была реализована ещё на станции «Мир». Эксперимент «Вектор» под научным руководством д.м.н., профессора ИМБП РАН Р.М. Баевского предполагал размещение датчика на спальном мешке космонавта и запись баллистокардиограммы по 3-м взаимоперпендикулярным осям. Анализировались частота сердечных сокращений в течение всей ночи, дыхание, двигательная активность и амплитудные показатели БКГ. Во время рекордного полета врача-космонавта Валерия Полякова (14 месяцев) в рамках российско-австрийской программы подобные цели реализовывались при выполнении эксперимента “Сон”» — рассказывает Елена Лучицкая, к.б.н., старший научный сотрудник ИМБП РАН.

Елена Лучицкая рассказала, что более серьёзные исследования качества сна начались на МКС после разработки прибора для бесконтактной регистрации физиологических сигналов. Эксперимент «Сонокард» был проведён у 22-х российских космонавтов. Полученные данные позволили отслеживать состояние космонавтов и следить за их восстановлением при работе на станции, особенно после выходов в открытый космос.

В начале 1980-х удалось начать применение на Земле методов донозологической диагностики, выработанных в космосе. ИМБП и МОНИКИ создали автоматизированную лабораторию «Автосан-82» на основе той же медицинской аппаратуры, которая была на орбитальной станции «Салют-6». Потом была создана автоматизированная система «Вита-87» (использовалась при массовой̆ диспансеризации населения). В 1995 г. при содействии ИМБП в Рязани была создана компания «Рамена», отвечавшая за разработку диагностического комплекса «Варикард». В настоящее время компания предлагает как сами приборы, так и облачные сервисы РАМЕНА и SUM_LINE по удалённой диагностике файлов ЭКГ.

Сейчас метод анализа вариабельности сердечного ритма, созданный в ИМБП РАН для космонавтов, используется в различных областях клинической медицины и прикладной физиологии на Земле. С использованием методов донозологической диагностики и при помощи ИМБП компания «Измерение здоровья» разработала мобильное приложение Engy Health, которое следит за уровнем здоровья, стресса и т.п. Для его работы необходим сверхточный пульсометр Engy Beat либо одно из совместимых устройств.

В целом можно сказать, что МКС оснащена различными приборами и научными инструментами для проведения исследований в области медицины и здравоохранения. Но в массе своей они не предназначены для непрерывного мониторинга физиологических параметров, так как это не требуется российским космонавтам. Опыт показывает, что хватает регулярных сеансов связи с медиками в ЦУПе. А вот для проведения научных исследований по долгосрочному воздействию микрогравитации на какие-то отдельные системы организма такие «умные» футболки незаменимы. К примеру, те же изменения в сердечной мышце, — основная цель европейского эксперимента со SmartTex. Или исследование воздействия микрогравитации на сонные артерии, — одна из задач экспериментов астронавтов с использованием Astroskin в 2019 г. Что касается России, то накопленный опыт в сфере космической медицины позволяет обходиться датчиками и носимыми устройствами вместо «умных» футболок.