Модель здорового человека, созданная в МАИ, поможет адаптироваться на Марсе

Учёные Московского авиационного института совместно с коллегами из Института медико-биологических проблем Российской академии наук разработали математическую систему для анализа адаптации человека к экстремальным условиям космических экспедиций. Программный комплекс соединяет разнородные данные в единую систему и выдаёт понятную оценку состояния человека.

Как считают исследователи, разработка будет полезна при организации и проведении дальних миссий и освоении других планет. Например, при размещении обитаемых баз на Луне или Марсе. Также она востребована для различных земных применений. В том числе для задач реабилитационной медицины.

– Любой человек, который оказался в новых для него или экстремальных условиях, проходит через процесс адаптации. Это могут быть полярники, спасатели, сотрудники опасных производств, участники длительных экспедиций. В обычной жизни люди редко задумываются о том, как организм приспосабливается к холоду, стрессу, невесомости или длительным нагрузкам. В экстремальных же условиях быстрая и точная оценка его функциональных возможностей — это вопрос безопасности и выживания, — рассказала разработчик, старший преподаватель института № 6 «Аэрокосмический» МАИ Ксения Сафронова.

По её словам, современная медицина хорошо измеряет отдельные показатели здоровья, но зачастую эти данные существуют отдельно друг от друга — каждый параметр раскрывает лишь часть общей картины. Между тем, пребывание в экстремальной среде запускает комплексную стресс-реакцию организма, которая затрагивает различные уровни.

Изменения происходят одновременно в гормональной, вегетативной и центральной нервной системах, а также влияют на психоэмоциональный статус и когнитивные процессы. В связи с этим оценка состояния человека по какому-либо одному показателю нерепрезентативна. Чтобы получить объективную картину, необходим комплексный анализ всех реакций.

Предложенный подход позволяет понять состояние организма целиком. Это, к примеру, даёт возможность оценить, успешно ли человек вписывается в новые условия, сохраняет ли работоспособность, далёк от предела своих возможностей или близок к нему.

– Идея разработки — объединить в одном приложении биохимию (уровень глюкозы), электрофизиологию (сердечный ритм, ЭКГ), когнитивные тесты (внимание, память, скорость реакции), психологические показатели (тревожность, эмоциональный фон) и другие физиологические параметры. Но здесь возникает сложность, поскольку эти данные разные по своей природе. Более того, они могут вступать в противоречие. Например, пульс может быть высоким, а уровень глюкозы в крови оставаться в норме. Или тревожность может зашкаливать, а когнитивные тесты — показывать хороший результат, — сообщила Ксения Сафронова.

Если просто собрать такие показатели в таблицу, это ничего не даст, так как непонятно, каким сигналам верить, уточнила специалист. Поэтому нужен алгоритм, который выявляет причинно-следственные связи и определяет общий вектор состояния. Эту задачу решает предложенная разработка.

Как рассказала разработчик, полученные алгоритмы прошли апробацию в ходе эксперимента «Сухая иммерсия». Его проводят на базе ИМБП РАН. В этом исследовании специалисты моделировали состояние невесомости, помещая добровольцев в ванну с тёплой водой, где они лежат на эластичной мембране, не касаясь жидкости. 

Такие условия обеспечивают разгрузку опорно-двигательного аппарата и ограничивают двигательную активность. Это запускает перестройку организма, которая сходна с процессами адаптации космонавтов на орбите. Продолжительность пребывания испытуемых в искусственной «невесомости» достигает нескольких недель.

По итогам эксперимента исследователи подтвердили, что математическая модель корректно отражает динамику адаптационных процессов. На следующем этапе разработку предстоит верифицировать на расширенной выборке данных, после чего она может быть интегрирована в бортовые системы медицинского контроля. В будущем модель может лечь в основу программных комплексов для носимой электроники. Например, «умных» часов, которые будут давать комплексную оценку состояния владельца.

Проект реализуется в рамках объявленного президентом России Десятилетия науки и технологий.