АВИАКОСМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА

В статье обсуждается исследование нейропластических изменений в коре головного мозга, вызванных применением мягкого мультимодального экзоскелетонного комплекса (МЭК) «Регент» постинсультных больных в сравнении с активацией корковых структур, ответственных за локомоции у здоровых лиц. Проведенное исследование показало, что на фоне применения курса МЭК у больных с постинсультными гемипарезами повышается скорость ходьбы, что сопровождается изменениями в зонах активности, выявляемых при функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), свидетельствующими о положительном направлении нейропластических процессов: появление активации в прецентральной извилине (зона первичной моторной коры), активация вторичной ассоциативной коры (нижняя теменная долька) в пораженном полушарии, а также появление активации в первичной сенсомоторной зоне справа. Анализ функциональной коннективности зон интереса до и после курса лечения с применением МЭК выявил значительные изменения меж- и внутриполушарных связей. В основе положительной реорганизации корковых структур лежит уменьшение возбуждающих взаимовлияний между вторичными ассоциативными областями (нижними теменными дольками правого и левого полушарий) и уменьшение угнетающего влияния между нижней теменной долькой и первичной сенсомоторной областью в пораженном полушарии.

В данном обзоре представлены результаты применения лечебного костюма аксиального нагружения при реабилитации двигательных нарушений у пациентов с ишемическим инсультом. Результаты проведенных исследований свидетельствуют об эффективности использования лечебного костюма в восстановительном лечении таких пациентов. Занятия в лечебном костюме снижают выраженность неврологического дефицита, сокращают сроки восстановления, расширяют возможности бытовой и социальной реадаптации.

В статье кратко излагается содержание междисциплинарного проекта, посвященного разработке и внедрению в клиническую практику процедуры нейрореабилитации, использующей экзоскелет руки, управляемый интерфейсом «мозг-компьютер».

В программе «Бион» на обезьянах проводились 2 вестибулярных исследования: координация глаз и головы и активность медиальных вестибулярных ядер и флоккулюса мозжечка при угловых движениях головы в горизонтальной плоскости во время реакции установки взора; динамика активности центральных вестибулярных нейронов и отолитово вызванной реакции сердечного ритма при линейном перемещении вдоль оси тела. Показано, что чувствительность центральных вестибулярных нейронов как к угловым, так и к линейным ускорениям увеличивалась в начале полета и затем постепенно нормализовалась, в то время как во флоккулюсе высокая активность сохранялась в течение всего полета.

В связи с подготовкой первого полета человека в космос в СССР начиная с 1951 г. стали проводить эксперименты на собаках в полетах на ракетах. В США объектами таких исследований начиная с 1948 г. стали обезьяны. Запуски животных на ракетах носили главным образом испытательный характер, а научные исследования на обезьянах в орбитальных полетах начались в США с 1969 г., а в СССР – с 1983 г. В СССР, а затем в России исследования проведены на 12 обезьянах макаках-резусах в 6 полетах биоспутников «Бион». Главной задачей проведенных исследований было изучение так называемого космического адаптационного синдрома. С помощью вживленных и накладных электродов удалось получить уникальную информацию о развитии космической формы болезни движения, моторной дисфункции и повышении внутричерепного давления в условиях микрогравитации. Исследования на обезьянах по программе «Бион» проводились при широкой кооперации с зарубежными специалистами.

Совместный проект НАСА и Института биомедицинских проблем Исследование (IBMP), получившее название “Полевые испытания“, было разработано с целью изучения того, как непосредственные послеполетные эффекты длительного космического полета влияют на выполнение функциональных задач, связанных с вестибулярным аппаратом и сенсомоторной системой. Одной из уникальных особенностей этого исследования было использование функциональных тестов, обычно связанных с повседневной жизнью, для отслеживания процесса выздоровления. Эти задачи также ожидаются от членов экипажа во время операций после приземления и включают в себя переходы из положения сидя в положение стоя и из положения лежа, перемещение предметов и спрыгивание с платформы. Этот в статье представлен обзор методологии, использованной для полевых испытаний. В качестве примера выявленных функциональных нарушений мы приводим результаты выполнения задания на выход из кресла и ходьбу, которое включало поворот на 180 градусов и перешагивание через препятствия. Мы заметили значительное увеличение времени на выполнение этой задачи в день посадки. Мы рекомендуем включить эту задачу в стандартные мероприятия для оценки эффективности контрмер. Снижение, наблюдаемое в день посадки, имеет последствия для подготовленного экипажа во время исследовательских миссий, где члены экипажа будут находиться без посторонней помощи после приземления на поверхность планеты.

Статья посвящена анализу вклада работ научных школ Инесы Бенедиктовны Козловской и Виктора Семеновича Гурфинкеля по космической тематике в физиологию движений. Эти исследования стали источником новых теоретических концепций, позволили отбросить ряд устаревших представлений, легли в основу практических разработок, применимых не только в космосе, но и на Земле, в частности, для реабилитации больных.

Было исследовано влияние гравитационной нагрузки или антигравитационной мышечной активности на рост и развитие двигательной функции и/или антигравитационной мышцы камбаловидной мышцы. В этом обзоре рассматриваются реакции связанных с ростом изменений в плавании [1, 2] и/или способности к выравниванию поверхности [3], пространственном обучении и функциях памяти [4], а также нейрогенезе гиппокампа [5] или экспрессии белка [6] на разгрузку задних конечностей (HU) при подвешивании задних конечностей или в пространстве. Обсуждались полеты в неонатальный период роста крыс. Воздействие на также были рассмотрены морфологические и сократительные свойства, распределение нервно- мышечных соединений в отдельных мышечных волокнах, взятых от сухожилия к сухожилию, и роль сателлитных клеток и миоядер в регуляции этих свойств [7-9].

Представленный обзор является попыткой описать и осмыслить накопленные к настоящему времени данные о механизмах, контролирующих структуру и функциональные возможности постуральной мышцы, почти непрерывная работа которой позволяет человеку и животному активно существовать на поверхности земли. Значительная часть этих данных была получена, описана и систематизирована профессором И.Б. Козловской и ее учениками. Ряд интереснейших данных и закономерностей был описан в других лабораториях и научных центрах, часто под влиянием идей И.Б. Козловской. Концепция тонической системы, т.е. целостного физиологического аппарата, включающего в себя не только медленные мышечные волокна и управляющие ими малые мотонейроны, но и комплекс мозговых (вплоть до стриатума и двигательной коры) и сенсорных механизмов, является одной из важнейших частей теоретического наследия И.Б. Козловской. Основной вывод настоящего обзора заключается в том, что гравитационно-зависимая тоническая сократительная активность постуральной мышцы, контролируемая нервной системой и афферентными механизмами, является основным фактором поддержания ее структуры, сигнальных путей и механических свойств, определяющих возможность ее постоянной антигравитационной деятельности.

В данной статье излагаются результаты работ, выполненных автором под руководством И.Б. Козловской в области сенсомоторной физиологии. В представленные пред- и послеполетных исследованиях вестибулярной функции и зрительного слежения участвовали более 100 российских космонавтов, членов длительных экспедиций на космических станциях «Мир» и МКС.

Под руководством И.Б. Козловской были выполнены детальные и систематические исследования двигательной сферы человека после воздействия невесомости и воспроизводящих ее физиологические эффекты моделей, которые задокументировали и количественно охарактеризовали нарушения вертикальной позы. Данные исследований, проведенных в микрогравитации, позволили постулировать, что каскад нарушений в системе управления позой при переходе к микрогравитации обусловлен единым фактором, а именно дезактивацией тонического мышечного контроля. Результаты дальнейших исследований свидетельствуют о том, что главными факторами, определяющими состояние двигательной функции и равновесия космонавтов после космического полета, являются вид и объем профилактических мероприятий, вы-
полняемых во время полета. Развитие технологий и доступ к неинвазивным методам электрофизиологического тестирования и нейромодуляции диктует необходимость дальнейшего изучения функции, проводимости и возбудимости центральных и периферических моторных путей, чтобы не только детализировать механизмы нарушений моторного контроля вследствие воздействия микрогравитации, но и продолжать разработку инновационных методов профилактики негативных сенсомоторных эффектов невесомости.

Этот обзор посвящен памяти Инесы Козловская, чей вклад в гравитационную физиологию был и будет решающим. Доктор Козловская разработала концепцию гравитационно-зависимого двигательного контроля и обосновала роль поддерживающей афферентации в постурально–тонической регуляции.

Было показано, что поддерживающая афферентация играет ведущую роль в контроле тонической мышечной системы и регуляции постуральной синергии. В этом обзоре рассматриваются современные механизмы интеграции позы и локомоции, а также механизмы сенсомоторной регуляции. будет рассмотрена регуляция, основанная на стимуляции стоп и мышечных рецепторов в сочетании со стимуляцией спинного мозга. На основании результатов, представленных в данном обзоре, концепцию нейрореабилитации предлагается рассматривать как реализацию различных нейромодуляций, направленных на регуляцию функционального состояния поврежденной нервной системы. Концепция основана на взаимодействии процессов регуляции функционального состояния поврежденного мозга и сенсорной информации во время выполнения двигательных задач.

Обзор имеющихся в настоящее время представлений о роли гравитационного фактора в деятельности сенсомоторной и сердечно-сосудистой систем (ССС), а также новых фундаментальных проблем и вопросов, встающих перед космической медициной и физиологией.

В обзоре приведены данные об эмбриогенезе животных в условиях невесомости, эволюции двигательной и сердечно-сосудистой системы и особенности их функционирования в условиях гравитации, а также при изменении гравитационной нагрузки.

Большое внимание уделено результатам уникальных исследований при моделировании гравитационной разгрузки на Земле: антиортостатической гипотензии, «сухой» иммерсии и вывешивании, которые позволили исследовать механизмы регуляции различных систем организма в условиях измененной гравитации.

Наземные организмы научились функционировать в гравитационном поле. Практически все системы их организма гравитационно зависимы. Однако степень и механизмы этой зависимости долгое время оставались неясными.

Космические полеты открыли возможности исследования деятельности живых систем в отсутствие гравитации. Среди факторов, опосредующих влияние невесомости на двигательную систему, важное место занимают изменения деятельности сенсорных систем. В условиях Земли афферентное обеспечение систем управления движением полирецептивно: это и зрение, и вестибулярный аппарат, опорная и мышечная афферентации.

В невесомости активность одних каналов полностью устраняется (опорная афферентация), других – искажается (вестибулярный аппарат), третьих – ослабевает (проприоцепция). Аналогичные процессы происходят в сердечно-сосудистой системе: с потерей обусловленного гравитацией градиента давления в ней происходят глубокие изменения в структуре и функционировании сердца и сосудов как резистивных, так и емкостных. Вопрос о том, насколько про- исходящие в сердечно-сосудистой системе разнообразные изменения связаны с исчезновением гравитационно-зависимого градиента давления, пока что открыт.

В космических полетах не удается решить все вопросы гравитационной физиологии. Поэтому разработаны различные способы моделирования гравитационной разгрузки на Земле. При сопоставлении полетных данных и данных, полученных в модельных экспериментах, описаны механизмы возникающих в сенсомоторной системе изменений. В обзоре отдельно обсужден принципиальный для гравитационной физиологии сердечно-сосудистой системы вопрос о степени соответствия изменений, наблюдаемых у лабораторных животных и в модельных условиях (антиортостатическая гипокинезия, иммерсия,
вывешивание), изменениям, которые регистрируются в реальном космическом полете у человека.

В то же время в свете предстоящих межпланетных экспедиций многие вопросы остаются не решенными, в частности, проблемы послеполетной реадаптации двигательной и сердечно-сосудистой систем к условиям гравитации. Это борьба с потерями силы, выносливости, с ортостатической неустойчивостью. Разработка и совершенствование системы профилактики негативных влияний факторов космического полета невозможны без понимания механизмов развития наблюдаемых изменений.