Е.В.Белов врач-исследователь на станции «Восток»

Биоритмологические, психологические, метаболомные и биологические исследования в 66-й Российской антарктической экспедиции.

1. Исследование влияния космической погоды на функциональное состояние организма человека в условиях годичного пребывания на антарктической станции Восток (шифр «Биокосмос»)

Научные руководители:
Орлов Олег Игоревич, академик РАН и
Ильин Евгений Александрович, д.м.н.

Ответственный исполнитель: Куканов Владислав Юрьевич, научный сотрудник.

Соисполнитель: Трошичев Олег Александрович, доктор физ.-мат. наук.

Учреждения-исполнители:
- Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем Российской академии наук,
- Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ).

Актуальность исследования

Космическая погода – это совокупность многих физических факторов, обусловленных солнечной активностью и их воздействием на околоземное космическое пространство, биосферу Земли и различные области человеческой деятельности. Периодические хромосферные вспышки на Солнце, выбросы коронального вещества, высокоскоростные потоки солнечного ветра и ударные волны приводят к так называемым магнитным бурям, повышению электромагнитного фона и уровня космической радиации (галактическое космическое излучение, низкоэнергетическое гамма-излучение, протонные события). Магнитные бури – это один из основных факторов космической погоды, влияющий на функциональное состояние и здоровье человека. Учитывая строение магнитосферы Земли, можно предположить, что в полярных районах влияние космической погоды на организм человека должно быть сильнее, чем в других регионах планеты в связи с тем, что благодаря геомагнитным воронкам атмосфера в этих районах наиболее доступна для космических частиц высоких энергий, вызывающих магнитные бури. Наиболее биологически значимыми параметрами геомагнитной активности является её горизонтальная составляющая (Н.И.Моисеева, Р.Е.Любицкий, 1986) и частоты колебаний ниже 1 Гц (Ю.П.Горго, М.А.Лябах).

Благодаря биомедицинским и клиническим исследованиям были получены экспериментальные данные, свидетельствующие о влиянии космической погоды на функциональное состояние и заболеваемость человека. Однако уже задолго до этих исследований было известно о влиянии солнечной активности на биосферу, т.е. на всё живое на нашей планете. В этой связи необходимо упомянуть нашего великого соотечественника Александра Леонидовича Чижевского – основоположника гелиобиологии, учения о влиянии солнечной активности на биосферу Земли. Всем хорошо известна его книга «Земное эхо солнечных бурь», в которой он осветил вопросы влияния солнечной активности на климат, геофизические и биологические процессы на нашей планете.

Если иметь в виду человека, то следует отметить, что многочисленными отечественными и зарубежными исследователями установлена связь между солнечной активностью и реакциями организма, однако в большинстве работ речь идет о корреляции, а не о причинно-следственной зависимости. Следовательно, при проведении биомедицинских исследований и наблюдений о влиянии космической погоды необходим строгий контроль за возможным влиянием на организм и каких-то других сопутствующих факторов.

Цели исследования:
- Изучение влияния космической погоды на функциональное состояние организма человека в процессе его годичной адаптации к условиям гипобарической гипоксии, гипокинезии и изоляции.
- Выявление индивидуальной реактивности на изменение космической погоды и обоснование индивидуальных средств коррекции функционального состояния организма человека.

Задачи исследования:

- Апробация современных технологий длительного, по возможности, непрерывного мониторинга функционального состояния организма человека в условиях изоляции и автономности на антарктической станции.
- Продолжение набора экспериментальных данных об адаптации организма человека к условиям годичного пребывания в экстремальных условиях на станции Восток.
- Проведение после окончания экспедиции математической обработки выявления корреляционных связей для совокупности физиологических параметров человека и физических факторов космической погоды с целью определения критических систем или функции организма, наиболее чувствительных к изменениям космической погоды.

Методики исследований:

В качестве основного прибора для оценки функционального состояния организма в условиях годичного пребывания на станции Восток будет использоваться наручный актиграф – смарт браслеты Garmin VivoActive 4. Данный прибор позволяет круглосуточно регистрировать двигательную активность, ЧСС и параметры качества сна при ношении прибора на запястье. Дополнительно к перечисленному актиграф регистрирует барометрическое давление, будет выводиться по запросу расчетная величина суточных энерготрат.

Параметры датчиков аналогичны таковым в модели Garmin Fenix 6 Pro, используемой в наземном аналоговом эксперименте «Сириус 2021» в ИМБП и в космическом полете.

Планируется, что весь зимовочный состав станции Восток будет носить браслеты непрерывно в течение годичного пребывания на станции. Ознакомление полярников с актиграфом проводится на корабле. Часы надеваются на запястье за 5 суток до прибытия в Антарктиду, а снимаются через 5 суток после отбытия на станции Восток.

В случае несогласия полярников носить актиграф на запястье непрерывно, следует убедить их носить актиграфы в периоды повышенной солнечной активности (5 суток в каждом эпизоде).

Информацию об ожидаемой магнитной аномалии следует получать у магнитолога станции. Съём зарегистрированной актиграфом информации и её кодировку осуществляет врач-хирург станции один раз в двое суток. Для этого используется USB-кабель и ноутбук. Зарядку гаджетов осуществляют полярники самостоятельно.

Обработка информации:

По мере накопления данных информация передается по Интернету в ИМБП для обработки и анализа.

При анализе возможного влияния изменений космической погоды на функциональное состояние организма будут использоваться данные о качестве сна и когнитивных функциях (эксперимент «Поли-2», а также данные, полученные при регистрации радиационного фона (эксперимент «PAД-A») и уровня напряженности электромагнитного поля (эксперимент «ЭМИ-А»).

Полный анализ биомедицинской информации с использованием корреляционного и кросс-корреляционного анализов будет проведен совместно с ААНИИ с использованием South Pole PC index-индикатора энергии солнечного ветра, поступающей в магнитосферу Земли.



2. Исследование естественного радиационного фона на антарктических станциях Восток и Прогресс (шифр «РАД-А»)
   
   Научный руководитель:
   Шуршаков Вячеслав Александрович, в.н.с.-зав. отделом О-10, канд. физ.-мат. наук.
   
   Ответственный исполнитель: Иноземцев Константин Олегович, и.о. н.с., канд. физ.-мат. наук.
   
   Исполнитель: Белов Ефим Викторович, врач-хирург станции.
   
   Соисполнители: Толочек Раиса Владимировна, м.н.с.
   *Карцев И.С., зам. директора, канд. тех. наук
   **Kodaira S., Section Manager, PhD
   ***Ambrožová I., Senior Researcher, PhD
   
   Организация-исполнитель:
   Государственный научный центр РФ – Институт медико-биологических проблем РАН
   
   Организации-соисполнители:
   *ООО «СНИИП-Плюс» (Москва),
   **National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (Chiba, Japan),
   ***Nuclear Physics Institute of the Czech Academy of Science (Rzez, Czech Republic).
   
   Актуальность исследования
   
   На Земле, уровень естественного радиационного фона более чем на 80 % формируется естественными источниками, такими как радионуклиды, находящиеся в почве, пище, строительных материалах и организме человека, и космическим излучением. Высокоэнергичные космические частицы, попадая в атмосферу, взаимодействуют с атомами кислорода и углерода, в результате чего образуются каскады вторичных частиц - в основном, мюоны, гамма-кванты и нейтроны. Важно отметить, что в приполярных областях минимальная горизонтальная компонента геомагнитного поля практически не препятствует проникновению первичных космических частиц в атмосферу. При этом, потоки солнечных космических лучей будут увеличиваться с ростом высоты над уровнем моря, и в периоды возрастания солнечной активности. В последние годы начаты систематические исследования радиационной обстановки в Антарктическом регионе [Zanini et al., 2017; Bakshi et al., 2019]. Отмечено, что на прибрежных полярных станциях значительный вклад в эквивалентную дозу вносят нейтроны с энергиями до 20 МэВ (обладающие высокой биологической эффективностью по сравнению с естественным фотонным излучением). При этом, на большей высоте (например, на Антарктическом плато, более 3 км над уровнем моря), годовая эквивалентная доза может превысить предел в 1 мЗв, установленный Международной комиссией по радиологической защите (ICRP).
   
   Предварительные результаты, полученные в период 64 РАЭ, косвенно подтверждают гипотезу о значительном вкладе нейтронной компоненты, при этом, годовая эквивалентная доза в 7 раз превышает предел, установленный Международной комиссией по радиологической защите (ICRP). Поскольку измерения естественного радиационного фона были выполнены с использованием люминесцентных и твердотельных трековых детекторов интегрального типа, оценка уровня радиационного фона в Антарктиде была выполнена при следующих допущениях:
   - Радиационный фон южнее 70° С.Ш. и севернее 70° Ю.Ш. не зависит от широты, и соответствует показаниям фонового дозиметра, находившегося в ГНЦ РФ-ИМБП РАН;
   - Радиационный фон в Антарктическом регионе усредняется в предположении слабой зависимости от высоты над уровнем моря.
   
   Для обоснования этих результатов, целесообразным представляется дальнейшее измерение радиационной обстановки в области Антарктического плато с использованием различных типов дозиметров, в том числе активных – позволяющих измерение радиационной обстановки в режиме реального времени.
   
   Цели исследования
   
   Исследование естественного радиационного фона в различных районах Антарктиды, в т.ч. на ст. Прогресс (прибрежный район) и ст. Восток.
   
   Определение годовых уровней радиационного облучения членов Российской антарктической экспедиции в период 2022-2023гг.
   
   Сопоставление результатов с аналогичными данными, полученными в период 2019-2020 гг. (64 РАЭ).
   
   Задачи исследования
   
   В эксперименте планируется использование укладки «РАД-А» с детекторами ионизирующего излучения различного типа:
   
   1) Дозиметр-индикатор ИРД-023М (чувствительный элемент – кремниевый ионно-имплантированных детектор), назначение – измерение мощности дозы гамма-излучения в режиме реального времени;
   
   2) Сборка пассивных детекторов, в том числе:
   - Термолюминесцентные детекторы ДТГ-4 (NatLiF:Mg,Ti), назначение – измерение интегральной дозы гамма-нейтронного излучения;
   - Люминесцентные детекторы OSLD (Al2O3:C), назначение – измерение интегральной дозы гамма- излучения;
   - Твердотельные трековые детекторы CR-39TM, назначение – измерение спектров линейной передачи энергии, интегральных и эквивалентных доз посредством регистрации протонов отдачи и α-частиц, образующихся в ядерных реакциях типа (n,3α), а также α-частиц, образующихся при распаде радона.
   
   Детекторы помещаются в чехол из номекса.
   
   Контрольные детекторы, измеряющие уровень естественного радиационного фона московского региона, все хранится в лаборатории О-103 ГНЦ РФ-ИМБП РАН.
   
   По завершении экспедиции укладка «РАД-А» возвращается в ГНЦ РФ-ИМБП РАН.
   
   Информация с пассивных детекторов снимается и анализируется после окончания экспедиции специалистами ГНЦ РФ-ИМБП РАН и организаций-соисполнителей в соответствии с методиками, описанными в работе [Inozemtsev et al., 2018].
   
   Информация с дозиметра-индикатора ИРД-023М снимается непосредственно на месте измерения и, по мере накопления, передается представителям ГНЦ РФ-ИМБП РАН по электронной почте. Снятие показаний осуществляется путем подключения дозиметра через кабель соединительный USB - miniUSB к персональному компьютеру (ноутбуку) с помощью специализированного ПМО «Dozimetr_Service_Utility» (разработчик ПМО – ООО «СНИИП-Плюс»).
   
   Технические характеристики укладки «РАД-А»
   
   Габаритные размеры: не более 120х80х30 мм
   Масса: не более 0,15 кг
   Диапазон рабочих температур: от 0 до плюс 40 °C
   
   Ожидаемые результаты
   
   В результате выполнения эксперимента «РАД-А» могут быть получены:
   - распределение мощности дозы в различных районах Антарктиды;
   - оценка изменения уровня естественного радиационного фона в периоды геомагнитных возмущений в районе ст. Восток.
   - годовой уровень профессионального облучения членов РАЭ (в сравнении с нормами МКРЗ).
   
   
3. Исследование естественного электромагнитного фона Земли и техногенной компоненты в ходе антарктической экспедиции (шифр «ЭМИ-А»)
   
   

   Научный руководитель:
   Шуршаков Вячеслав Александрович, в.н.с.-зав. отделом О-10, канд. физ.-мат. наук.
   
   Ответственный исполнитель: Артамонов Антон Александрович, с.н.с. Ph.D.
   
   Исполнитель: Белов Ефим Викторович, врач-хирург станции.
   
   Организация-исполнитель:
   Государственный научный центр РФ – Институт медико- биологических проблем РАН
   
   Актуальность исследования
   
   Определение уровня электромагнитного излучения (ЭМИ) в уникальных условиях Антарктиды в диапазоне частот 0,8 – 8 ГГц представляет научный интерес поскольку это одно из экстремальных мест на Земле, где техногенная компонента ЭМИ минимальна. Теоретически в приполярных областях особая геометрия геомагнитного поля (минимальная горизонтальная компонента), которая, безусловно, влияет на генерацию и распространение ЭМИ. Но на данный момент нет информации о подобных измерениях. Однако в условиях самой полярной станции, работающее оборудование способно генерировать ЭМИ в данном диапазоне частот. Изменения уровня естественного фона ЭМИ могут негативно влиять на здоровье человека, особенно если это сопряжено с изменениями космической погоды. Вариации естественного электромагнитного фона принято считать как один из возможных проводников биологического действия возмущения космической погоды. Условия на полярной станции Восток дают уникальную возможность оценить биологическую эффективность ЭМИ как проводника возмущений космической погоды. Помимо этого, измерения ЭМИ на станции Восток помогут дать представления об уровне фоновых значений техногенной компоненты ЭМИ в квази-гермообъекте, коей является станция и сопоставить с ЭМИ-фоном вне станции. Такой подход позволяет сопоставить фоновые значения ЭМИ в естественной и искусственной среде обитания человека, что позволит прогнозировать значение фонового уровня ЭМИ на космических кораблях (на данный момент нет подобных измерений). Предполагается, что в условиях пилотируемого полета электромагнитный фон будет близким по значению тому фону ЭМИ, который будет зарегистрирован на станции Восток, что позволит оценить действие ЭМИ на функциональное состояние космонавтов.
   
   Измеренные параметры ЭМИ позволят в лабораторных модельных условиях проводить исследования биологического действия ЭМИ заданной интенсивности.
   
   Цель исследования
   
   Исследование электромагнитного фона за продолжительный период времени внутри и вне полярной станции «Восток», что позволит оценить уровень техногенной компоненты ЭМИ, возникающего в результате работы аппаратуры и систем жизнеобеспечения. Проведение систематического обзора с метаанализом научной литературы о биологическом действии ЭМИ на живые объекты, в том числе и человека.
   
   Задачи исследования
   
   - Измерение ЭМИ внутри полярной станции «Восток»
   - Измерение ЭМИ вне полярной станции «Восток»
   - Измерение ЭМИ на борту транспортного самолета
   - Измерение ЭМИ на борту судна.
   - Измерение ЭМИ в различных географических точках на пути в Антарктиду и обратно
   - Сопоставление и анализ фоновых значений ЭМИ и оценка техногенной компоненты ЭМИ.
   
   Методы исследования
   
   В эксперименте планируется использование двух укладок с одинаковыми дозиметрами ЭМИ (Д-ЭМИ). Сборка Д-ЭМИ состоит из регистрирующего детектора ЭМИ и комплекта USB-провода и ПО. Дозиметры будут помещены в водонепроницаемую пленку и чехол из номекса.
   
   Врач исследователь размещает одну сборку Д-ЭМИ внутри станции, другую снаружи (в термостате, при благоприятной погоде). После регистрации (24 часа) дозиметр заряжается от компьютера в течении 6 часов, а результаты записываются на жесткий диск ноутбука с использованием ПО дозиметра. Информация с детекторов ЭМИ регулярно (1 раз в неделю) отправляется по доступным каналам связи научному руководителю данного проекта. Информация анализируется соисполнителями проекта. Измерения проводятся по возможности непрерывно.
   
   Технические характеристики сборки Д-ЭМИ
   
   Габаритные размеры 80х55х20 мм;
   Масса Д-ЭМИ – не более 0,05 кг.
   
   Ожидаемые результаты
   
   - Уровни фоновых значений ЭМИ внутри полярной станции Восток
   - Уровни фоновых значений ЭМИ вне полярной станции Восток
   - Уровни фоновых значений ЭМИ на борту транспортного самолета
   - Уровни фоновых значений ЭМИ на борту судна
   - Уровни фоновых значений ЭМИ в различных географических точках
   - Сопоставление и анализ фоновых значений ЭМИ и оценка техногенной компоненты ЭМИ
   - Государственная регистрация базы данных об уровнях фоновых значений в различных геофизических условий
   
   

4. Анализ рисков для здоровья по данным липидомного состава крови, а также микроэлементного состава крови и волос здорового человека при годовой изоляции на станции Восток (шифр БуЛа)
   
   

   Научные руководители:
   Ларина Ирина Михайловна,д.м.н., профессор,
   Буравкова Людмила Борисовна, чл.-корр. РАН, д.м.н., профессор
   
   Ответственный исполнитель: Тюжин Максим Геннадьевич, м.н.с.
   
   Исполнитель: Белов Ефим Викторович, врач-хирург станции Восток.
   
   Организация-исполнитель:
   Государственный научный центр РФ – Институт медико-биологических проблем РАН.
   
   Организация-соисполнитель:
   Автономная некоммерческая образовательная организация высшего профессионального образования «Сколковский институт науки и технологий».
   
   Актуальность исследования
   
   Станция Восток расположена на высоте 3488 м над уровнем моря, что вызывает острую нехватку кислорода. Из-за низкой температуры воздуха в районе станции его давление с высотой падает быстрее, чем в средних широтах, вследствие чего содержание кислорода в атмосфере в районе станции эквивалентно таковому на высоте четырех тысяч метров. Поэтому полярники, зимующие на станции Восток, подвергаются воздействию гипоксии в течение года, что дает возможность получить представление о влиянии умеренной гипоксии в течение длительного времени на метаболические, дыхательные, сосудистые и генетические механизмы адаптации к экстремальным условиям [Samaja M., 1997].
   
   Изменения, происходящие в организме при нахождении в экстремальных условиях, затрагивают практически все системы организма, в том числе липидный состав крови, включая изменения в биохимических каскадах обмена. К сожалению, в настоящее время практически отсутствуют данные о липидоме в условиях гипобарической гипоксии и гипокапнии, проводились исследования лишь их кратковременных воздействий. [Ledwozyw A. Acta Physiol Hung. 1991]. В настоящее время исследования микроэлементного состава крови и липидома активно развиваются во многих странах мира и занимают ведущие позиции в научных программах современной прикладной и фундаментальной биологии, а также фармацевтики и смежных с ней дисциплин. С развитием липидомики и исследований микроэлементного состава крови связывают большие надежды на внедрение новых подходов при диагностике различных заболеваний, созданию новых лекарственных соединений и выяснению новых закономерностей функционирования клеток [В. М. Говорун, А. И. Арчаков, 2002]. В этой связи исследование крови человека, находящегося длительное время в условиях гипобарической гипоксии и других неблагоприятных факторов, с помощью новейших методов липидомики и анализа динамики микроэлементного состава крови и их кумуляции в волосе, могут дать уникальную информацию о влиянии исследуемых факторов на различные системы организма, функциональное состояние которых отражается в липидомном и микроэлементном составе крови и волос.
   
   Цель и задачи исследования
   
   Основной целью исследования является оценка рисков развития дисфункций физиологических систем организма здорового человека по изменению липидных предикторов и изменений микроэлементного состава крови и волос здорового человека при годовой изоляции на антарктической станции Восток. Планируется последующее использование полученных данных для обнаружения и валидации биомаркеров заболеваний и оценки риска развития патологии.
   
   Задачи исследования
   
   - изучение нормальной вариабельности липидома плазмы добровольцев в фоновом периоде;
   - оценка изменений содержания микроэлементов и липидов крови при годовой изоляции на станции Восток;
   - выявление по данным липидома и микроэлементного состава крови обследуемых сигнальных путей, задействованных в ответе организма на действующие неблагоприятные факторы;
   - обнаружение потенциальных липидных предикторов влияния гипобарической гипоксии и гипокапнии на организм;
   - исследование направления и темпа адаптации организма к длительной гипобарической гипоксии и гипокапнии;
   - оценка влияния полярного дня и полярной ночи на содержание в крови липидов и микроэлементов.
   
   Полученные данные в последующем могут быть использованы в медицине для диагностики и мониторинга состояния пациентов с различными заболеваниями, сопровождающимися гипоксией, а также для разработки научно-методических основ медико-биологического обеспечения сверхдлительных орбитальных и межпланетных космических полетов, а также полярных экспедиций.
   
   Описание процедуры исследования
   
   Исследование липидома и микроэлементного состава сухих пятен крови, а также анализ содержания микроэлементов в волосах здорового человека будет проводиться в годичной зимовке на станции Восток в Антарктиде.
   
   В пробах волос обследуемых планируется определить содержание различных микроэлементов, таких как Fe, Cu, Ca, Se, Zn и др. Отбор образцов волос (с волосистой части головы) будет проводиться всего в двух точках: до прибытия на станции и за неделю до окончания зимовки.
   
   Отбор проб волос производится с использованием ножниц, с помощью которых 4-5 волосков срезаются как можно ближе к луковице и помещаются в подготовленный пакет с застежкой Zip-Lock, на котором помечается фамилия обследуемого и дата взятия пробы. Пакет с пробами можно хранить при комнатной температуре.
   
   Методика взятия проб капиллярной крови будет проводиться в 7 временных точках: до прибытия на станцию, в течение зимовки в конце первого месяца, в конце третьего месяца (в конце полярного дня – 21 марта), перед началом полярной ночи (начало мая – до 14 мая), в середине полярной ночи (конец июня-июль), за месяц до отъезда со станции (ноябрь-декабрь) и через месяц после отъезда со станции Восток.
   
   В пробах крови планируется исследовать качественный и количественный липидный состав, а также содержание микроэлементов.
   
   Требования к условиям взятия биоматериала
   
   Пробы волос собираются в любое время дня вне зависимости от еды.
   
   Пробы крови отбираются утром при первом пробуждении до еды у всех членов экcпедиции строго по протоколу врачом-хирургом станции Восток.
   
   Категорически запрещается принимать лекарственные препараты, которые оказывают прямое влияние на липидный профиль (статины), исключением являются жизненно-важные показания врача.
   
   Сведения обо всей сопутствующей медикаментозной терапии, получаемой обследуемым, необходимо отразить в рабочей тетради врача-хирурга.
   
   Характеристики возможных рисков и дискомфорта, связанные с проведением исследования
   
   Факторы риска для обследуемых и дискомфорт – минимальные.
   При соблюдении правил асептики при взятии проб крови риски минимизируются.
   
   Материально-техническое обеспечение исследования
   
   На станции для проведения исследования требуются спиртовые салфетки для обработки поверхности кожи, автоматические скарификаторы, бланки для образцов крови саппликаторы. На станции должен располагаться холодильник для хранения образцов сухих пятен крови.
   
   Ожидаемые результаты
   
   Будет получена информация о динамике микроэлементного состава и липидомного профиля крови здорового человека во время длительного пребывания на антарктической станции Восток, что даст возможность выявить сигнальные пути, задействованные в ответе организма на экстремальные условия, а также определить ключевых участников из микроэлементов и молекул липидов, которые в последующем могут послужить мишенями для направленной профилактики неблагоприятных изменений. Данная оценка состояния организма может быть использована в медицинской практике для диагностики состояния здоровья людей, оказавшихся в необычных условиях, а именно в условиях гипобарической гипоксии и гипокапнии, и мониторинга состояния пациентов с различными заболеваниями, сопровождающихся гипоксией, таких как черепно-мозговые травмы, нарушения мозгового кровообращения и т.д.
   
   

5. Изучение психической работоспособности, групповой динамики и общей психофизиологической активности в автономных условиях (шифр «Поли-2»)
   

   Научный руководитель:
   Гущин Вадим Игоревич,д.м.н., зав. лабораторией.
   
   Ответственный исполнитель:Кузнецова Полина Григорьевна, м.н.с.
   
   Исполнитель: Белов Ефим Викторович, врач-хирург станции.
   
   Организация-постановщик эксперимента:
   Государственный научный центр РФ – Институт медико-биологических проблем РАН
   
   Актуальность исследования
   
   Полярные базы давно являются для международных космических агентств источником данных о закономерностях реагирования организма человека на такие факторы длительного космического полета (ДКП), как сенсорная и социальная депривация, ограниченность пространства проживания, скученность, монотония, риск для здоровья и жизни, гипоксия, изменённый цикл сна-бодрствования, автономные условия существования. Результаты, полученные в серии экспериментов «SIRIUS» по моделированию условий межпланетного полета в гермокамерах свидетельствуют о значимом влиянии неблагоприятных факторов, общих для полярных зимовок и межпланетных полетов, на качество сна, работоспособность и активность внутригруппового взаимодействия операторов в течение суток, что подтверждает необходимость проведения дальнейших исследований в этой области. Поэтому оценка в условиях полярной зимовки динамики психической работоспособности человека, (в т.ч. когнитивных функций, суточной двигательной активности, продолжительности и качества сна) - в перспективе позволит оптимизировать планирование режимов труда и отдыха, сложных операторских задач, физических тренировок, рациона питания, а также поможет определить необходимость использования медикаментозных средств профилактики в длительном межпланетном космическом полете.
   
   Значимость исследований в данной области обуславливается недостаточным количеством данных о динамике психической работоспособности, суточной двигательной активности и качества сна в условиях воздействия на организм факторов КП в условиях полярной зимовки, необходимых для последующего сравнения с полетными данными. Прогнозирование успешности выполнения в межпланетном КП профессиональной деятельности (в том числе, в ночное время) требует оценки психофизиологического статуса человека (в т.ч., психофизиологического состояния и работоспособности, длительности и качества сна), которая должна осуществляться неинвазивно, без создания помех и дискомфорта для обследуемого. Таким средством на полярной базе ЕКА Конкордия давно является индивидуальные актиграфы. В данном исследовании также будут использованы актиграфы – носимые браслеты, позволяющие оценить вариабельность частоты пульса, уровень стресса, качество сна и данные об активности обследуемых. Актиграфы будут предоставлены в рамках физиологической программы исследований.
   
   Одним из неблагоприятных факторов, воздействующих на человека в условиях полярной зимовки, является однообразие выполняемой деятельности и социального окружения. Для оценки субъективной удовлетворенности работой и уровня стресса, связанного с выполнением профессиональных обязанностей в ходе экспедиции, будут использоваться ряд опросников. Кроме того, будут собраны данные о взаимодействии участников экспедиции с оранжереей, как с одним из средств психологической поддержки в экспедициях.
   
   Еще одним направлением психологических исследований является оценка групповой динамики, единства ценностной ориентации и структуры экипажа полярников. Как показывают исследования в данной области российских и зарубежных авторов, условия полярной зимовки провоцируют повышение напряженности во взаимоотношениях. Кроме того, проблемы групповой сплоченности оказывают значительное влияние на индивидуальное психофизиологическое состояние и работоспособность, могут приводить к разобщенности, разделению экипажа на подгруппы.
   
   Цель исследования
   
   Получение исходных данных о состоянии когнитивных функций, качества сна, суточной двигательной активности, психофизиологических аспектах состояния и групповой динамике экипажа в целях прогнозирования психической работоспособности оператора в условиях высокой автономии. В качестве стрессоров: гиподинамия, гипоксия, ограниченный объем, экстремальные условия среды.
   
   Описание исследования
   
   Оценка психофизиологического состояния и психической трудоспособности полярников включает в себя батарею когнитивных тестов, выполняемую на ноутбуке. Для оценки групповой динамики и ценностного единства будут использоваться опросники. Когнитивные тесты и социальные исследования будут проходить 1 раз до прибытия на станцию «Восток», 5 раз за время зимовки и 1 раз во время возвращения из экспедиции.
   
   Измерение суточной двигательной активности испытателей осуществляется носимыми на запястье браслетами-актиграфами. Оценка качества сна основывается на сравнительном анализе периодов ночного покоя и двигательной активности (беспокойства), выявленного методом актиграфии во время ночного отдыха. Ношение актиграфов будет осуществляться в соответствии с программой физиологических исследований. Для сопоставления данных актиграфии с субъективными отчетами обследуемых периодически будет использоваться Лидский опросник сна.
   
   Для проведения обследования будет использован комплекс методических средств, позволяющих в общем виде оценить и сопоставить особенности проявления психологического неблагополучия в профессиональной деятельности участников экспедиции в напряженных/экстремальных условиях на разных стадиях осуществления зимовки на станции Восток.
   
   

6. Развитие системы круглогодичного выращивания растений в фитотехническом комплексе /оранжерее/ на станции Восток в 67 Российской антарктической экспедиции (шифр «Растения -2»)

Научный консультант:
Чесноков Юрий Валентинович, доктор биологических наук, ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт»

Научные руководители:
Панова Гаянэ Геннадьевна, кандидат биологических наук, заведующая отделом ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт»;
Левинских Маргарита Александровна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН Государственный научный цент РФ Институт медико-биологических проблем РАН

Исполнитель: магнитолог станции Восток, назначается руководителем РАЭ.

Учреждение-исполнитель: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Агрофизический научно-исследовательский институт» (ФГБНУ АФИ).

Учреждения-соисполнители::
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН),
- Федеральное государственное бюджетное учреждение «Арктический и антарктический институт» (ФГБУ ААНИИ).

Актуальность исследования

Наряду с биомедицинскими исследованиями на станции Восток в 67 РАЭ будут продолжены начатые в 65 РАЭ и продолженные в 66 РАЭ биологические и биолого-технические исследования по отработке технологии выращивания растений в фитотехкомплексе /оранжерее/. Планируется на протяжении 67 РАЭ оценить производительность оранжереи и качество получаемой растительной продукции при выращивании новых видов и /или сортов листовых, листостебельных и плодовых овощных культур (томат, перец), а также отработать технологию выращивания растений огурца (ГНЦ РФ - ИМБП РАН, ФГБНУ АФИ) и арбуза (ФГБНУ АФИ) в оригинальном модифицированном образце оранжереи, который будет изготовлен ФГБНУ АФИ и отправлен в 67 РАЭ на станцию Восток.

Планируется на протяжении годичной зимовки в 67 РАЭ осуществлять не только контроль за ростом, развитием и продуктивностью растений, но и проводить оценку пищевых качеств выращенных культур и их психологическое воздействие на настроение полярников.

Цель и задачи исследования:
оценка производительности оранжереи и качества получаемой растительной продукции при выращивании в ней новых видов и /или сортов листовых, листостебельных и плодовых овощных культур (томат, перец), а также отработка технологии выращивания растений огурца и арбуза в оригинальном модифицированном образце оранжереи.

Обоснование исследования::

Проведенные в 2020 г. в 65 РАЭ на станции Восток специалистами ААНИИ геофизиком-магнитологом А.В. Тепляковым и метеорологом Д.В. Шепелевым испытания оранжереи и полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности разработанной ФГБНУ АФИ технологии культивирования, обеспечивающей в условиях низкой влажности воздуха (18-25%) и пониженного содержания О2 в воздухе (95-100 мм.рт.ст.) оптимизацию условий в зоне выращивания растений внутри оранжереи: температура воздуха +22°C - +24°C в световой период и +18°C – +20°C в темновой период, влажность на уровне 60-70%. Выращено 20 сортов различных листовых или листостебельных овощных культур и выявлены (на протяжении 1-15 вегетаций) наиболее приспособленные из них к формируемым на станции условиям, а также оказавшиеся наименее приспособленными к этим условиям. Судя по данным производительности оранжереи в расчете кг/м2 за год, испытуемая технология позволяет в условиях антарктической станции Восток получать урожаи большинства выращиваемых культур, равные или существенно (в 1,3-2 раза) превышающие таковые в современных тепличных комплексах, использующих зарубежные гидропонные технологии с искусственной досветкой и регулируемыми условиями микроклимата, при этом производительность в оранжерее имеет в среднем на 27% более низкие значения по сравнению с таковыми на биополигоне ФГБНУ АФИ, где осуществляется полное регулирование среды обитания растений и поддержание значений микроклимата в благоприятных для них пределах.

На протяжении шести месяцев 2021 года в 66 РАЭ специалистами ФГБУ ААНИИ геофизиком Новаком А.Б. и врачом анестезиологом-реаниматологом Запольским С.В. проведено шесть вегетаций новых сортов быстрорастущих листовых и листостебельных овощных культур и одна вегетация растений томата и перца. Также, как и в 65 РАЭ производительность оранжереи в 66РАЭ, судя по предварительным данным, была достаточно высокой. Например, в расчете кг/м2 за год урожай в среднем составил: листовая горчица - 74; японские листовые капусты - 96, руккола – 45,0; амарант – 39,0 кг; кресс-салат – 21. Урожай мелкоплодного томата и перца при совместном выращивании составил, из расчета на м2 горизонтальной плоскости в год, - 26,1 и 5,5кг соответственно. По результатам испытаний и отработки технологии будут отобраны виды, сорта и гибриды овощных культур, наиболее адаптированные к условиям выращивания на антарктической станции Восток и отличающиеся высокими скоростью роста, продуктивностью и качеством получаемой растительной продукции.

Наряду с пищевой функцией выращивание растений, их вид создают благоприятный психологически-эмоциональный фон. В ГНЦ РФ-ИМБП РАН в модельных экспериментах и биологических экспериментах на орбитальной космической станции Мир и МКС показано, что в условиях изоляции высшие растения положительно влияют на психический статус человека, осуществляют профилактику неблагоприятного влияния факторов изоляции (сенсорной депривации, монотонии), влияют на психологический климат в экипаже. А антарктическая станция Восток в силу ее природно-географического расположения и условий рассматривается в качестве аналога долговременной обитаемой космической базы на луне и получаемая здесь информация и данные дают возможность прогнозировать поведение людей и их состояние в условиях космической базы. Полярники станции Восток в 65 и 66 РАЭ высоко оценивают значение оранжереи для обеспечения их нормальной жизнедеятельности.

Ожидаемые результаты

при выполнении программы исследований на протяжении 67 РАЭ будут получены данные по показателям роста, развития, продуктивности растений новых сортов и гибридов листовых, листостебельных овощных культур, а также томата, перца для формирования реестра культур, наиболее адаптированных и рекомендуемых для выращивания в условиях антарктической станции Восток по технологии тонкослойной панопоники в фитотехкомплекс /оранжерее/; будет проведена отработка технологии выращивания растений огурца и арбуза в модифицированном образце фитотехнического комплекса /оранжерее/ и получены данные по росту, развитию, продуктивности указанных растений.

Параллельно с выращиванием растений на станции Восток с целью контроля на биополигоне ФГБНУ АФИ будут выращиваться те же растения по той же технологии, которая реализуется на станции.

К окончанию зимовки на станции Восток в 67 РАЭ должны быть испытаны все виды, сорта, гибриды листовых, листостебельных овощных культур, томата, перца, огурца, арбуза; записаны показатели сырой и воздушно-сухой массы образцов растений, собраны образцы воздушно-сухой массы и подготовлены к отправке для анализа в ФГБНУ АФИ вместе с журналом вегетационных наблюдений и отчетом о проделанной работе. Часть образцов воздушно-сухой массы растений и заполненные опросники после окончания экспедиции будут переданы в ГНЦ РФ-ИМБП РАН для проведения физико-химических исследований.

<<< Вернуться