Достижения космической медицины на службе здоровья сообщение
Обновлено: 16.05.2024
Космос становится ближе, и это не просто образное выражение. Врачи все чаще используют технологии и решения, которые изначально создавались для космической отрасли или появились благодаря освоению космоса.
От систем реабилитации тяжелобольных пациентов до медицинских приложений для смартфонов — Medical Note представляет обзор самых интересных примеров применения космических достижений в здравоохранении.
Спутник поможет выявить рак.
Космические технологии можно не только адаптировать для земной медицины, но и использовать их напрямую для нужд здравоохранения. Например, в Великобритании придумали, как объединить преимущества спутниковой связи и искусственного интеллекта для более раннего выявления рака.
Авторы проекта — ученые Университетского колледжа в Лондоне создали алгоритм искусственного интеллекта (ИИ) для выявления рака кишечника. Технология основана на надежной и быстрой спутниковой связи с программой сжатия данных, которая обычно используется для обеспечения расчетов при полетах в космос.
Таким образом практически любой врач-онколог может получить доступ к передовым вычислительным мощностям прямо со своего рабочего места.
— Проект EARTH SCAN — это потрясающая возможность для врачей использовать технологию ИИ в реальном времени.
Они могут загружать результаты анализов в свой компьютер и оперативно получать результаты. Поддержка в реальном времени означает, что врачи могут принимать немедленные решения и назначать раннее лечение онкобольным. Больше не нужно ждать неделями, — говорит один из разработчиков системы Питер Маунтни.
. и покажет лучшие места для пробежки
Еще одно применение для спутниковых технологий нашли ученые Университета Лестера в Великобритании. Они создали приложение, которое подскажет, где лучше устраивать пробежку и занятия на свежем воздухе. Программа использует данные космического мониторинга состояния атмосферы, чтобы выявлять наименее загрязненные места и указывать их пользователю.
Приложение может быть полезно для любителей бега и физических упражнений на улице. Те, кто живет в больших городах, знают, что некоторые места во время пробежки лучше избегать — например, оживленные трассы и промышленные зоны.
Интенсивное дыхание во время физических упражнений увеличивает количество вдыхаемых токсичных веществ. А это может свести на нет положительный эффект занятий или даже привести к обратному результату.
— Мы знаем, что физическая активность показана многим пациентам с хроническими заболеваниями, такими как болезни сердца и легких. Но врачи нередко не могут рекомендовать правильную интенсивность и объем занятий.
Мы создали приложение, которое использует высокоточные спутниковые данные и технологию искусственного интеллекта, чтобы помочь пациентам правильно подобрать программу тренировок и, что немаловажно, места, где эти тренировки можно проводить, — рассказал руководитель проекта, профессор Университета Лестера Андре Ынг.
Изучать людей как звезды
Люди всегда стремились стать ближе к звездам. Британская компания Adaptix поняла это стремление почти буквально. Разработчики приспособили технологию изучения звезд при помощи рентгена к нуждам медицины.
Исследователи космоса давно говорили о возможности изучать дальние звезды и галактики при помощи сканирования рентгеновского излучения. Для этого на орбиту Земли отправляют специальные рентгеновские телескопы — они способны улавливать и преобразовывать невидимое X-излучение.
Оказалось, что технология может быть полезна и на Земле. На ее основе Adaptix создал портативный рентгеновский аппарат для создания 3D-снимков. Устройство можно применять и в кабинете стоматолога, и в травматологии, и в онкологии.
Базирующаяся в Оксфорде компания-разработчик весной 2019 года получила грант в 1,3 млн долларов от Британского космического агентства. На рынке этот аппарат может появиться уже в следующем году.
По словам основателя Adaptix Гила Трэвиша, технология 3D-рентгеновского сканирования превосходит существующие методы лучевой диагностики.
— Есть обычный двухмерный рентген. Он довольно дешевый, аппараты есть практически в каждой больнице. Но такая технология не подходит для того, чтобы выявить рак легких или увидеть мелкие обломки костей.
Есть технология создания 3D-изображения при помощи компьютерной томографии. Но это в 10 раз дороже, каждый аппарат стоит порядка 1 млн долларов. Пациент получает в 10 раз больше облучения, чем при флюорографии. К тому же, исследования можно проводить только в специальных лабораториях, — говорит Трэвиш.
По словам разработчика, устройства от Adaptix можно будет широко использовать в медицине не только развитых стран, но и там, где отсутствует доступ к современным клиникам.
Как в невесомости
Известно, что долгое пребывание космонавтов в условиях невесомости плохо отражается на опорно-двигательном аппарате — многие мышцы атрофируются и по возвращении на Землю человеку приходится буквально заново учиться ходить.
Вскоре ученые обнаружили, что сухая иммерсионная ванна не только позволяет реабилитировать космонавтов, но и помогает при многих болезнях. Методика оказалась эффективна для лечения ДЦП, спастических состояний, отеков при болезнях сердца и почек и даже для поддержания недоношенных детей.
Кроме того, такая ванна показана людям с нервными и психическими расстройствами, например, при депрессии.
Экзоскелет из СССР
Еще одно направление разработок, начатое еще советскими учеными космической отрасли, это механические системы реабилитации мышц и восстановления навыков ходьбы. Применялись они все для того же — чтобы заново научить космонавтов ходить.
Он похож на экзоскелет из фантастических фильмов. Система креплений к конечностям и гибкие нагрузочные элементы заставляют мышцы пациента работать более интенсивно и вырабатывать устойчивый навык ходьбы.
Отрасль медицины, которая призвана обеспечить здоровье космонавтов, может улучшить благосостояние людей и на Земле.
Космическая медицина как отдельная дисциплина берет начало в 50-х годах прошлого века. Когда люди только начали покорять космос - среду, не предназначенную для жизни человека, она была призвана справляться с непосредственным воздействием микрогравитации на физиологию человека. Постепенно космическая медицина столкнулась и с отдаленными последствиями влияния почти полной невесомости, радиации и длительной изоляции участников экспедиций от остального мира.
NASA подключила врачей к разработке космических программ и оборудования (в том числе систем жизнеобеспечения, скафандров, шлюзов и т.д) в 1967 году. Первым из них стал Стори Масгрейв, который позже сам принял участие в шести полетах по программе “Спейс Шаттл”.
Хотя космическая медицина с тех пор значительно шагнула вперед, она по-прежнему в большой мере опирается на возможность вернуть космонавта на Землю в том случае, если ему требуется серьезная врачебная помощь. Однако в свете планируемых долгосрочных миссий в космос (в частности, полет на Марс), разрабатываются новые способы диагностики и лечения в условиях невесомости.
Диагностика, операции и восстановление в космосе
При возникновении той или иной медицинской ситуации на борту космического корабля или станции, для постановки диагноза может потребоваться специальное оборудование. Рентген и КТ отпадают, поскольку используют излучение, недопустимое в условиях космической среды. Самым оптимальным вариантом становится УЗИ, поскольку позволяет делать снимки различных органов и тканей и не требует тяжелой габаритной аппаратуры. Небольшие, размером с лэптоп, аппараты УЗИ уже используются NASA для проверки состояния глаз и зрительного нерва у астронавтов, которые проводят длительное время на орбите.
Сканер МРТ дает большие, чем УЗИ, возможности для диагностики, но он очень тяжел и дорог. Однако недавно сотрудники Университета Саскачевана (Канада) разработали компактный аппарат МРТ, который весит менее тонны (вес среднестатистического сканера - 11 тонн), стоит около 200 тысяч долларов и не влияет на работу электронного оборудования на борту.
Для проведения абдоминальных лапароскопических телеопераций в космосе американская компания Virtual Incision совместно с NASA разработала хирургический робот размером с кулак человека. Управлять им будет врач на Земле. Чтобы в условиях микрогравитации биологические жидкости при проведении оперативного вмешательства не распространялись по всему модулю, исследователи из Университета Карнеги-Меллона и Луисвиллского университета создали специальную хирургическую систему, AISS (Aqueous Immersion Surgical System). Она представляет собой прозрачную коробку, которая накладывается на рану и заполняется стерильным физиологическим раствором - он не позволяет крови вытекать наружу. Система позволяет хирургам работать с раной, а также, при изменении давления в ней, проводить забор крови, чтобы потом, при необходимости, ее можно было вернуть в систему кровообращения.
Космос воздействует на вирусы и бактерии так же, как на людей. Согласно проведенным исследованиям, условия микрогравитации увеличивают вирулентность таких организмов; они начинают активнее размножаться, быстрее мутируют, лучше сопротивляются антибиотикам. В качестве альтернативы последним для уничтожения вирусов и бактерий может использоваться холодная плазма. В лабораторных условиях было установлено, что она убивает большинство микроорганизмов и увеличивает скорость затягивания раны.
Общие проблемы здоровья в космосе
Врачам и космонавтам приходится столкнуться с целым рядом разнообразных проблем. Среди них - “космическая болезнь” (головокружения и потеря равновесия при выходе из земной гравитации и возвращении в нее), “космическая остеопения” (потеря костной массы во время пребывания в условиях микрогравитации, в среднем 1% в месяц), потеря мышечной массы, поскольку мускулам не требуется преодолевать гравитацию, ухудшение зрения из-за повышенного внутричерепного давления и многие другие.
Из зафиксированных на данный момент заболеваний и состояний, от которых страдали участники различных космических экспедиций, - инфекции верхних дыхательных путей, вирусный гастроэнтерит, дерматит, бессонница, “морская болезнь”, аритмия, почечная колика, однако очевидно, что во время продолжительных миссий на далекие расстояния людям придется столкнуться и с другими проблемами медицинского характера.
Каждая из них, в особенности серьезное заболевание или травма, может потенциально негативно повлиять на ход экспедиции, привести к ее провалу и потере членов экипажа. Возвращение на Землю будет либо невозможным, либо очень сложным, в зависимости от уже пройденного пути, поэтому оказание врачебной помощи (включая неотложную и психологическую) должно быть полностью или максимально автономным.
Медицина земная и космическая
Разработки, сделанные для космических экспедиций, могут пригодиться и для Земли. Некоторые из них уже стали реальностью. Например, технологии цифровой обработки изображений, которые разрабатывались в NASA для получения более качественных снимков Луны, нашли применение в аппаратах МРТ и КТ. Пеноматериал с эффектом памяти, который сегодня применяется в ортопедических матрасах и подушках, также был изначально создан для обеспечения удобства и безопасности пилотов.
И это - лишь малая часть подобных “ответвлений” космических исследований. Космическая медицина, развиваясь, может не только привести человека к звездам, но и сделать лучше его жизнь дома - на Земле.
В стенах университета за столетнее существование подготовлено более 50 тысяч высококвалифицированных специалистов.
Ежегодно высококвалифицированным преподавательским составом разрабатываются и внедряются уникальные методики лечения, а также выполняется существенное количество сложных операций, консультаций, различных манипуляций.
В университете обучается более 2 тысяч иностранных студентов из 52 стран. Выпускники работают врачами в 108 странах мира.
На протяжении многих лет университет является организацией-лидером по результатам научной деятельности.
Немного истории… Еще в 1949 году первый космический медик Владимир Яздовский начал проводить медико-биологические исследования на мышах, кроликах, затем – на собаках. Первый успешный полет собак состоялся 22 июля 1951 года: на геофизических ракетах Р-2А на высоту 100 км слетали и благополучно вернулись Цыган и Дезик. За подготовку этого полета Владимир Яздовский и его коллеги получили Сталинскую премию.
Потом были известные полеты Лайки на 2-м искусственном спутнике Земли – 3 ноября 1957 года, Белки и Стрелки – 19 августа 1960 года. В этих полетах были испытаны скафандры, катапультные тележки и комплексы жизнеобеспечения, проводились следующие наблюдения: регистрация ЭКГ, артериального давления, частоты дыхания, температуры тела, двигательной активности у собак.
И тогда он подготовил заключение о возможности отправки человека в космос.
Участие в отборе, подготовке и медицинском сопровождении полетов первых покорителей космоса поручили Военно-воздушным силам СССР, а непосредственно – группе специалистов Центрального военного научно-исследовательского авиационного госпиталя (ЦВНИАГ). В космонавты выбирали военных летчиков-истребителей в возрасте до 35 лет, рост до 175 см, вес – до 75 кг (по другим данным: возраст до 30 лет, рост до 170 см, вес до 70 кг).
Кандидатов в космонавты, отобранных комиссией в летных частях, вызывали в Москву для прохождения медкомиссии человек по двадцать. С каждым днем группа претендентов на космический полет уменьшалась, потому что наиболее жесткие требования к будущим космонавтам предъявлялись именно медиками. Причем состояние здоровья являлось тем фактором, по которому определялась возможность отправки того или иного летчика в космос (трое в дальнейшем были отчислены по здоровью).
Космическая медицина имеет дело с абсолютно здоровыми пациентами, она является частью космической биологии и изучает влияние различных внеземных факторов на нормальный организм. Исследования ведутся в двух направлениях: во-первых, это имитация космического полета, его влияния на организм. Производится отбор и тренировка космонавтов. Медики имеют самое непосредственное отношение к созданию комфортабельной кабины с необходимым микроклиматом в ней, к пошиву космических костюмов, к космической кулинарии и к прочим, казалось бы, не совсем медицинским делам.
Второе направление исследований – непосредственное наблюдение за людьми (космонавтами) во время их полетов. Космические медики отличаются от обычных врачей прежде всего своей тысячекилометровой удаленностью от пациента. Длительное пребывание в невесомости не проходит бесследно. Мышцы атрофируются, тело становится неуправляемым. Сбой в обменных процессах и работе сердечно-сосудистой системы и т. д.
…Что думают по этому поводу студенты педиатрического факультета Белорусского государственного медицинского университета?
В настоящее время полет человека на МКС является рядовым событием, но человечество поставило новые цели: колонизировать не только единственный спутник Земли – Луну, но и осуществить высадку человека на Марс. Без медицины, шагающей в ногу с передовыми научными технологиями, осуществить данную мечту просто невозможно.
(Владимир Снопков, студент 6-го курса педиатрического факультета)
(Мария Завадская, студентка 3-го курса педиатрического факультета)
– Развитие космической медицины на территории Беларуси началось еще в советский период. Толчком к массовым исследованиям в данной области послужил полет Юрия Гагарина в космос. Успешное возвращение на Землю после двух часов в невесомости ясно показало перспективность этой малоизученной отрасли медицины. Исследование аспектов физиологии организма позволило человеку обеспечить комфортное и безопасное пребывание в космосе. Сегодня же достижения космической медицины находят широкое применение для лечения людей на Земле.
Современные методики помогают пациентам с заболеваниями опорно-двигательной, сердечно-сосудистой систем, а также нейрогенными болями различной этиологии. Усовершенствование космических технологий способно совершить прорыв в лечении и диагностике всевозможных заболеваний и вывести медицину на новый уровень развития.
(Полина Шевердак, студентка 2-го курса педиатрического факультета)
Все, что делается для освоения космоса, в конечном счете приводит к улучшению жизни людей на Земле.
Оксана Боговец, заместитель декана по воспитательной работе педиатрического факультета БГМУ, фото из открытых источников
Быстрый результат
Кроме того, в НИИ КП разработали внешне похожее на пистолет биопсийное устройство, которое предназначено для диагностики (биопсии) внутренних органов путем забора образца ткани для ее гистологического анализа и, в частности, выявления причин патологических образований в структуре органа, оценки эффективности лечебных мероприятий. Раньше такие технологии использовались исключительно в космической медицине, однако сейчас успешно и эффективно интегрируются в медицину земную.
Орбитальная печать
Не просто экзоскелет
Еще до запуска в космос Юрия Гагарина было очевидно, что во время полета человек испытывает колоссальные нагрузки. А по возвращении на Землю космонавту будет необходима реабилитация с привлечением специальных разработок. Дело в том, что из-за нахождения в условиях невесомости у космонавтов более всего подвергается деградации двигательная функция. Причина — отсутствие гравитации, ведь именно она и является тем фактором, благодаря которому у нас с вами появился мощный скелет, развитая мышечная система и опорно-двигательный аппарат.
Также в распоряжении врачей и их пациентов множество тренажеров и других устройств, способствующих их реабилитацию и возвращению к нормальной жизни.
Полная стимуляция
Еще одна интересная технология, которая прежде использовалась исключительно в космической медицине, — низкочастотная электростимуляция. Первоначально этот способ был разработан, чтобы проводить профилактику негативного воздействия нахождения в космосе на организм человека. В частности, речь идет о восстановлении и сохранении функциональных возможностей мышц человека в условиях гипокинезии и микрогравитации.
Кроме того, низкочастотная электростимуляция успешно применяется на Земле для лечения больных с травматическими заболеваниями, а также тех, кто страдает от различных проблем с опорно-двигательной системой. Особенно актуальна в свете этого возможность посредством метода сохранять и восстанавливать свойства мышц у частично или полностью иммобилизованных пациентов. Эти технологии активно применяются и в спортивной медицине.
Полетаем!
Еще при подготовке первых космонавтов исследователи столкнулись с необходимостью имитировать невесомость на Земле. Одним из плодов этой деятельности стала разработка метода сухой иммерсии, который активно используется для подготовки и последующей реабилитации космонавтов. В частности особо популярно применение так называемых иммерсионных ванн.
Их применение способствует расслаблению мышц, помогает избавиться от спазмов и восстановить мышечный тонус. Кроме того, иммерсионные ванны полезны для избавления от депрессивного, отечного и болевого синдрома, а также оказывают эффект на разгрузку сердца и снижение кровяного давления.
В последнее время подобные комплексы используют для реабилитации и сохранения недоношенных детей. Но еще раньше иммерсионные ванны начали применять для восстановительного лечения в рамках психоневрологии, травматологии, ортопедии и других сферах.
Опасности и не только
Российские ученые при поддержке РОСКОСМОСА разрабатывали медицинский адсорбционный концентратор кислорода для того, чтобы создавать обогащенную кислородом атмосферу непосредственно из окружающего воздуха, например в помещении. Сегодня этот аппарат часто применяют спасатели и сотрудники других экстренных служб при анестезии и реанимации.
Также в распоряжении представителей экстремальной медицины теперь есть термохимические генераторы кислорода, которые изначально создавались как резервный источник кислорода на пилотируемых миссиях в случае отказа основных систем его получения. Сейчас этими генераторами пользуются Министерство обороны, МЧС и МВД России.
Так что космос гораздо ближе, чем кажется: он помогает лечить людей и спасать их жизни. А РОСКОСМОС и его союзники в этой благородной миссии не останавливаются на достигнутом и шагают вперед.
Болеют ли космонавты и что было изобретено на орбите ради жизни и здоровья на Земле? Отвечает опытный космонавт Сергей Рязанский.
летчик-космонавт, Герой РФ и первый в мире ученый, который стал командиром космического корабля. Кандидат биологических наук, защитивший диссертацию по космической медицине. Дважды летал на МКС и провел в космосе 305 суток, из них более суток находился в открытом космосе
60 лет назад первый человек отправился в околоземное пространство. В честь этой знаменательной даты мы побеседовали с космонавтом, кандидатом биологических наук Сергеем Рязанским о здоровье, медицине на МКС и медицинских исследованиях в космосе.
— Сергей, вы провели в космосе 305 суток, есть ли ощутимые последствия для здоровья? И как вообще космос влияет на человека?
— Серьезных проблем со здоровьем нет. К счастью, система профилактики и реабилитации в космической медицине достаточно хорошо за эти годы отработана. Конечно, какие-то последствия есть, приходится следить за своим здоровьем, но человек может и должен летать! Мы достаточно успешно переносим условия невесомости и можем затем реабилитироваться в условиях гравитации.
— Были какие-то случаи болезней и лечения на МКС?
— Да, конечно, космонавты — тоже люди, мы тоже болеем.
Бывают какие-то травмы, чаще всего травмы глаза, потому что в невесомости мусор тоже летает и попадает в глаза. Приходилось вставлять своим коллегам в ходе полета пломбы, проводить хирургическую операцию американскому коллеге.
— А что именно была за операция?
— Это приватные медицинские данные, которые мы не имеем права разглашать. Но так как мы все проходили подготовку, а в первом полете у меня был командир Олег Котов, который окончил Военно-медицинскую академию, то мы справились с проблемой и все хорошо закончилось.
Конечно, приходится иногда лечить коллег. Мы все — специалисты очень широкого профиля: мы можем и программировать инженерные работы, и проводить научные эксперименты, и, конечно, оказывать первую медицинскую неотложную помощь. Потому что если мы отправим врача в космос, вдруг он тоже заболеет?
А значит, нам нужно двух врачей отправлять, и это уже бессмысленно. Поэтому современный космонавт и астронавт — это универсальный специалист, который отвечает за все. Но на лавры профессиональных врачей, конечно, замахиваться не стоит.
— Какие космические исследования оказались полезными для гражданской медицины?
Многие вещи, сделанные для нужд космоса, мы можем применять на Земле, понимая физику, физиологию, механику их действия, и так мы можем помогать людям и спасать их жизни.
Сейчас проводятся достаточно интересные и перспективные исследования в различных направлениях. Например, российская частная компания впервые в мире отправила в космос 3D-биопринтер, и он сумел там напечатать щитовидную железу и хрящ.
— А почему нужно печатать органы именно в космосе?
— Гравитация мешает. Я разговаривал с этими ребятами из компании 3D Bioprinting Solutions, они рассказали, что на Земле они могли делать только заплатки на человеческие органы, а в космосе клетки свободно образуют 3D-орган. Если это получится, это станет революцией в лечении!
Представьте, что у пациента с какой-то серьезной болезнью берут клетки и из его же клеток ему печатают органы, которые со 100-процентной вероятностью трансплантируются и приживаются. Это будет совершенно уникальная технология, если им удастся ее перенести на землю.
Кстати, у них очень много других разработок, связанных с космосом: они выращивают крупные белки, клеточные пленки. Например, образец этого 3D-принтера сейчас выставлен в Музее космонавтики — это реально потрясающая технология!
— Каких еще разработок и открытий нам ждать в области медицины из космоса?
— Не зря с нами летают рыбки. На рыбках исследуются изменения кальциевого обмена, что очень важно для лечения остеопороза, а это бич последних лет на Земле. Еще одно направление, очень популярное особенно у наших западных коллег, — это фармакологические эксперименты, в частности в направлении лечения онкологических заболеваний, потому что в невесомости можно вырастить кристаллы крупных больших белков. Дальше, конечно, возникает проблема вернуть их обратно, но она тоже, в общем, решаема.
Идеальные кристаллы для лазерной техники можно вырастить только в условиях невесомости. А чем идеальнее кристаллическая решетка, тем тоньше луч для лазера, что очень важно для глазного хирурга. И таких технологий на самом деле очень много.
Мы и сами выступаем как тест-объекты, и это дает нам фундаментальное понимание того, как меняются обменные процессы, как изменяется зрение, как повышается внутричерепное давление. И это связано с земными проблемами. Соответственно, поняв, каким образом мы можем купировать эти изменения в космосе, мы сможем научиться лечить такие вещи и на Земле.
— Недавно СМИ сообщали, что актриса Светлана Ходченкова полетит в космос. И в связи с этим возник интересный факт о том, что нужно удалить гланды перед полетом. Что еще нужно удалить?
— Это необязательно! Я живу прекрасно с гландами. Понимаете, логика врачей наших такова: нет источника проблемы — нет проблемы. Если болит зуб, его гораздо проще удалить и вставить вместо него имплант. Если есть хроническая ангина, тогда да, гланды надо удалять. Лично я свои отстоял и прекрасно до сих пор живу. Как это ни удивительно, аппендицит тоже удалять не обязательно. У меня-то он был вырезан.
Но на самом деле медицинское обеспечение на станции хорошее: у нас есть аптечка, система телемедицины, УЗИ-приборы. Мы обучены их включать и правильно проводить этим щупом, а картинку видит уже специалист на Земле и он решает, есть проблема или нет проблемы.
— Изменились ли требования к космонавтам при отборе их в отряд с гагаринских времен?
— По здоровью требования с гагаринских времен снизились, потому что медицина не стоит на месте — появились линзы, импланты и общее понимание, что критично, а что нет. Если раньше набирали суперздоровых и на этом был главный акцент, то теперь акцент делается на знаниях. Требования по интеллекту стали гораздо выше, потому что современный космонавт должен быть универсальным специалистом. Нам нужно знать много дисциплин для того, чтобы выполнять все работы на станции.
Читайте также: