Москва, Россия
ВАК 5.8.4 Физическая культура и профессиональная физическая подготовка
ВАК 3.3.7 Авиационная, космическая и морская медицина
ВАК 2.2.12 Приборы, системы и изделия медицинского назначения
УДК 355.233.22 Физическое воспитание. Физические упражнения. Плавание. Фехтование. Спорт
УДК 612.766.1 Собственно физиологические процессы во время работы и физических нагрузок. Учение об утомлении (д-р Досса (Daussat))
УДК 621.45.026.5 невесомости
ГРНТИ 77.00 ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА И СПОРТ
ГРНТИ 89.57 Исследования Земли из космоса
ОКСО 32.00.00 Науки о здоровье и профилактическая медицина
ОКСО 24.03.01 Ракетные комплексы и космонавтика
ОКСО 31.08.25 Авиационная и космическая медицина
ББК 58 Прикладные отрасли медицины
ББК 75 Физическая культура и спорт
ТБК 5 ПРИКЛАДНЫЕ НАУКИ. ТЕХНИКА. МЕДИЦИНА
ТБК 4618 Другие виды спорта
BISAK COM074000 Hardware / Mobile Devices
BISAK HEA039100 Diseases / Musculoskeletal
BISAK HEA007000 Exercise
Актуальность. Длительное пребывание в невесомости вызывает серьезные нарушения функций физиологических систем организма: перераспределение жидкостей в краниальном направлении, потерю костной и мышечной массы, снижение аэробной работоспособности и ортостатической устойчивости, космическую болезнь движения. Эти эффекты затрудняют реадаптацию к условиям Земной гравитации и представляют критический риск для будущих межпланетных миссий (на Луну, Марс), где оказание помощи экипажу на месте посадки невозможно. Цель. Систематизировать современные программно-технические средства профилактики негативных эффектов невесомости, применяемые в настоящее время на Международной космической станции (МКС), с акцентом на российский сегмент, и оценить их эффективность. Методы. Сравнительная оценка российских (БД-2, ВБ-3М, «Чибис» и др.) и международных (ARED, CEVIS, Т2) профилактических средств на МКС, обзор тренировочных методик (российская система профилактики негативных влияний невесомости с акцентом на выполнение естественных локомоций - ходьбы и бега; программа NASA с преобладанием силовых нагрузок) и данных научной литературы. Результаты. Основой профилактики гипогравитационных нарушений являются физические тренировки: - на «бегущей дорожке» с аксиальным нагружением - ключевое средство для сохранения функций сердечно-сосудистой системы, аэробной выносливости, ортостатической устойчивости и способности к выполнению естественных локомоций - ходьбы и бега. Особенно эффективны бег в «пассивном» режиме движения полотна «бегущей дорожки» и быстрый бег; - на силовом тренажере - наиболее эффективное средство против потери костной массы и мышечной атрофии (основное тренировочное средство NASA); - на велоэргометре - поддерживают аэробные/анаэробные возможности организма. Дополнительными средствами в российской системе профилактики невесомости являются: окклюзионные манжеты, используемые на начальном этапе полёта; миостимуляторы и компенсатор опорной разгрузки, которые используются по желанию космонавта в ходе полёта; костюм для создания отрицательного давления на нижнюю часть тела (пневмовакуумный костюм «Чибис»), используемый на заключительном этапе полёта; водно-солевые добавки и противоперегрузочый костюм «Кентавр». При сравнении подходов было выявлено, что российская система фокусируется на выполнении естественных локомоций - ходьбы и бега на «бегущей дорожке», а система партнеров NASA – преимущественно на упражнениях на велоэргометре (велоэргометр CEVIS) и силовых тренировках (силовой тренажер ARED). Заключение. Существующие средства и методы профилактики, в основе которых лежит выполнение физических тренировок на специальных тренажёрах, существенно смягчают негативные эффекты невесомости на МКС. Российский подход к профилактике негативных влияний невесомости заключается в преимущественном выполнении естественных локомоций - ходьбы и бега, с акцентом на быстрый бег и бег в «пассивном» режиме движения полотна «бегущей дорожки». Иностранные партнёры по МКС делают упор на выполнение велотренировок и силовых тренировок. Тем не менее, проблема защиты организма человека от негативного влияния невесомости не решена полностью, ни одна система не гарантирует полного предотвращения физиологических сдвигов и быстрой реадаптации. Для будущих межпланетных миссий необходима дальнейшая оптимизация протоколов тренировок и разработка новых методик дозирования и корректирования нагрузки с использованием современных информационных технологий.
профилактика негативных эффектов невесомости, физические тренировки, «бегущая дорожка» БД-2, силовой тренажёр ARED, искусственный интеллект в космической медицине
1. Григорьев А.И., Орлов О.И., Баранов В.М. Космическая медицина. Научные основы, достижения и вызовы // Вестник Российской академии наук. 2021. Т.91. №11. С.1036-1040. DOI: https://doi.org/10.31857/S0869587321110050 EDN: https://elibrary.ru/vhzffv
2. Котовская А.Р., Колотева М.И. Проявление детренированности сердечно-сосудистой системы человека на этапе возвращения на Землю после пребывания в невесомости // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т.50. №1. С.13-16. EDN: https://elibrary.ru/vpayln
3. Iwase S., Tanaka K., Sugenoya J., Takada H., Miwa N., Nishimura N., Mukai C. Effects of microgravity on human physiology. Beyond LEO-Human Health Issues for Deep Space Exploration, IntechOpen, 2020. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.90700
4. Marshall-Goebel K., Laurie S.S., Alferova I.V., Arbeille P., Aunon-Chancellor S.M., Ebert D.J., Stenger M.B. Assessment of jugular venous blood flow stasis and thrombosis during spaceflight. JAMA Network Open, 2019, 2(11), pp. el915011. DOI: https://doi.org/10.1001/jamanetworkopen.2019.15011
5. Vernice N.A., Meydan C., Afshinnekoo E., Mason C.E. Long-term spaceflight and the cardiovascular system. Precision Clinical Medicine, 2020, 3(4) pp. 284-291. DOI: https://doi.org/10.1093/pcmedi/pbaa022
6. Norsk P. Adaptation of the cardiovascular system to weightlessness: surprises, paradoxes and implications for deep space missions. Acta Physiologica, 2020, 228(3), pp. e13434. DOI: https://doi.org/10.1111/apha.13434
7. Aubert A.E., Larina I., Momken I., Blanc S., White O., Kim Prisk G., Linnarsson D. Towards human exploration of space: the THESEUS review series on cardiovascular, respiratory, and renal research priorities. npj Microgravity, 2016, 2(1), pp. 1-9. DOI: https://doi.org/10.1038/npjmgrav.2016.31
8. Norsk P., Asmar A., Damgaard M., Christensen N.J. Fluid shifts, vasodilatation and ambulatory blood pressure reduction during long duration spaceflight. The Journal of Physiology, 2015, 593(3), pp. 573-584. DOI: https://doi.org/10.1113/jphysiol.2014.284869
9. Moore A.D., Downs M.E., Lee S.M., Feiveson A.H., Knudsen P., Ploutz-Snyder L. Peak exercise oxygen uptake during and following long-duration spaceflight. Journal of Applied Physiology, 2014, 117(3), pp. 231-238. DOI: https://doi.org/10.1152/japplphysiol.01251.2013
10. Juhl O.J., Buettmann E.G., Friedman M.A., DeNapoli R.C., Hoppock G.A., Donahue H.J. Update on the effects of microgravity on the musculoskeletal system. npj Microgravity, 2021, 7(1), pp. 28. DOI: https://doi.org/10.1038/s41526-021-00158-4
11. Smith S.M., Heer M.A., Shackelford L.C., Sibonga J.D., Ploutz-Snyder L., Zwart S.R. Benefits for bone from resistance exercise and nutrition in long-duration spaceflight: evidence from biochemistry and densitometry. Journal of Bone and Mineral Research, 2012, 27(9), pp. 1896-1906. DOI: https://doi.org/10.1002/jbmr.1647
12. Kozlovskaya I.B., Yarmanova E.N., Yegorov A.D., Stepantsov V.I., Fomina E.V., Tomilovskaya E.S. Russian countermeasure systems for adverse effects of microgravity on long-duration ISS flights. Aerospace Medicine and Human Performance, 2015, 86(12), pp. A24-A31. DOI: https://doi.org/10.3357/AMHP.EC04.2015 EDN: https://elibrary.ru/xmxevx
13. Kukoba T.B., Novikov V.E., Babich D.R., Lysova N.Y., Gordienko K.V., Fomina E.V. Preventive Efficiency of Resistive Exercises for the Bone System of Cosmonauts in Repeated Long-Duration Space Missions. Human Physiology, 2019, 45, pp. 759-763. DOI: https://doi.org/10.1134/S0362119719070107
14. Koschate J., Drescher U., Werner A., Thieschafer L., Hoffmann U. Cardiovascular regulation: associations between exercise and head-up tilt. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, 2019, 97(8), pp. 738-745. DOI: https://doi.org/10.1139/cjpp-2018-0742
15. Lackner J.R., DiZio P. Space motion sickness. Experimental Brain Research, 2006, 175, pp. 377-399. DOI: https://doi.org/10.1007/s00221-006-0697-y
16. Фомина Е.В., Сенаторова Н.А., Кириченко В.В., Вагнер И.В. МКС-платформа для разработки системы профилактики гипогравитационных нарушений в межпланетных миссиях //Воздушно- космическая сфера. 2020. № 4 (105). С. 8-17. DOI: https://doi.org/10.30981/2587-7992-2020-105-4-8-17 EDN: https://elibrary.ru/ijxqdq
17. Scott J.P.R., Weber T., Green D.A. Optimization of exercise countermeasures for human space flight—lessons from terrestrial physiology and operational implementation. Frontiers in Physiology, 2020, 10, pp. 1567. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2019.01567
18. Котовская А.Р., Колотева М.И. Проявление детренированности сердечно-сосудистой системы человека на этапе возвращения на Землю после пребывания в невесомости //Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т. 50. № 1. С. 13-16. EDN: https://elibrary.ru/vpayln
19. Жданько И.М., Бедненко В.С., Хоменко М.Н., Ворона А.А., Филатов В.Н. Вклад ГНИИИ авиационной и космической медицины Министерства обороны в медико-биологическое обеспечение полёта в космос Ю.А. Гагарина // Авиационно-космическая медицина, авиационная психология и военная эргономика. 2021. С.93-100. EDN: https://elibrary.ru/silgin
20. Козловская И.Б., Егоров А.Д., Сонькин В.Д. Векторные подходы к системе профилактики для марсианской экспедиции // Физиология человека. 2010. Т.36. №3. С.12-18. EDN: https://elibrary.ru/msqrwt
21. Scott J.M., Feiveson A.H., English K.L., Spector E.R., Sibonga J.D., Dillon E.L., Everett M.E. Effects of exercise countermeasures on multisystem function in long duration spaceflight astronauts. npj Microgravity, 2023, 9(1), pp. 11. DOI: https://doi.org/10.1038/s41526-023-00256-5
22. Фомина Е.В., Лысова Н.Ю., Резванова С.К., Киреев К.С., Котов О.В., Новицкий О.В., Тимме Е.А. Предикторы готовности космонавта к деятельности на поверхности Марса из опыта орбитальных полетов на МКС // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2019. Т. 53. № 7. С.19-27. DOI: https://doi.org/10.21687/0233-528X-2019-53-7-19-27 EDN: https://elibrary.ru/ropmom
23. Фомина Е.В., Сенаторова Н.А., Бахтерева В.Д., Ярманова Е.Н., Козловская И.Б. Роль быстрого бега в предотвращении негативных влияний пребывания человека в невесомости // Медицина экстремальных ситуаций. 2023. Т. 25. № 4. С.98-105. DOI: https://doi.org/10.47183/mes.2023.046
24. Фомина Е.В., Лысова Н.Ю., Чернова М.В., Хустнудинова Д.Р., Козловская И.Б. Сравнительный анализ профилактической эффективности различных режимов локомоторных тренировок в условиях космического полета // Физиология человека. 2016. Т. 42. № 5. С. 84-91. DOI: https://doi.org/10.7868/S0131164616050076 EDN: https://elibrary.ru/wlnkdp
25. Фомина Е.В., Савинкина А.О., Лысова Н.Ю. Эффективность локомоторных тренировок на борту Международной космической станции в зависимости от индивидуальных особенностей величин опорных реакций // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2017. Т. 51. № 7. С.48-52. EDN: https://elibrary.ru/ymmput
26. Comfort P., McMahon J.J., Jones P.A., Cuthbert M., Kendall K., Lake J.P., Haff G.G. Effects of spaceflight on musculoskeletal health: a systematic review and meta-analysis, considerations for interplanetary travel. Sports Medicine, 2021, 51, pp. 2097-2114. DOI: https://doi.org/10.1007/s40279- 021-01496-9
27. Кукоба Т.Б., Новиков В.Е., Бабич Д.Р., Лысова Н.Ю., Гордиенко К.В., Фомина Е.В. Профилактическая эффективность резистивных упражнений для костной системы космонавтов в многократных длительных космических полетах // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2018. Т. 52, № 5. С. 28-33. DOI: https://doi.org/10.21687/0233-528X-2018-52-5-28-33 EDN: https://elibrary.ru/ykjvad
28. Varanoske A.N., Prejean B.J., Strock N.C., Conly D., Peters B.T., Morant E.S., Marshall-Goebel K. Effects of Replacing Treadmill Running with Alternative Exercise Countermeasures During Long- Duration Spaceflight on Astronaut Health and Performance. Human Research Program Investigators' Workshop (HRP IWS), 2025. URL: https://ntrs.nasa.gov/citations/20240000929
29. Личный сайт космонавта Олега Артемьева. [Электронный ресурс]. URL: https://artemjew.ru/en/2014/09/20/sport/ (Дата обращения: 10.07.2025)
30. Орбитальная галерея космонавта Олега Кононенко. [Электронный ресурс]. URL: https://www.roscosmos.ru/25915/ (Дата обращения: 10.07.2025)
31. Moosavi D., Wolovsky D., Depompeis A., Uher D., Lennington D., Bodden R., Garber C.E. The effects of spaceflight microgravity on the musculoskeletal system of humans and animals, with an emphasis on exercise as a countermeasure: A systematic scoping review. Physiological Research, 2021, 70(2), pp. 119. DOI: https://doi.org/10.33549/physiolres.934550
32. Astronaut Exercise. [Electronic resource]. URL: https://www.nasa.gov/general/astronaut-exercise/ (Accessed: 10.07.2025)
33. Loerch L.H. Exercise countermeasures on ISS: summary and future directions. Aerospace Medicine and Human Performance, 2015, 86(12) pp. A92-A94. DOI: https://doi.org/10.3357/AMHP.EC12.2015
34. Petersen N., Jaekel P., Rosenberger A., Weber T., Scott J., Castrucci F., Mester J. Exercise in space: the European Space Agency approach to in-flight exercise countermeasures for long-duration missions on ISS. Extreme Physiology & Medicine, 2016, 5(1), pp. 1-13. DOI: https://doi.org/10.1186/s13728- 016-0050-4
35. Ploutz-Snyder L.L., Downs M., Goetchius E., Crowell B., English K.L., Ploutz-Snyder R., Scott J.M. Exercise training mitigates multisystem deconditioning during bed rest. Medicine and Science in Sports and Exercise, 2018, 50(9) pp. 1920. DOI: https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001558
36. Trappe T.A., Minchev K., Perkins R.K., Lavin K.M., Jemiolo B., Ratchford S.M., Trappe S.W. NASA SPRINT exercise program efficacy for vastus lateralis and soleus skeletal muscle health during 70 days of simulated microgravity. Journal of Applied Physiology, 2024, 136(5), pp. 1015-1039. DOI: https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00489.2023
37. Фомина Е.В., Ганичева А.А., Кокуева М.А., Устюгов В.Н. Прогнозирование физической работоспособности космонавтов - первые эксперименты по выбору математической модели // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2023. Т. 57, № 6. С. 11-17. DOI: https://doi.org/10.21687/0233- 528X-2023-57-6-11-17 EDN: https://elibrary.ru/tuigvb
38. Фомина Е.В., Лысова Н.Ю. Регрессионная модель как основа индивидуального подхода к построению системы профилактики неблагоприятного влияния невесомости // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2018. Т. 52, №. 2. С. 16-23. DOI: https://doi.org/10.21687/0233-528X- 2018-52-2-16-23 EDN: https://elibrary.ru/laopwh
