РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ КОСМИЧЕСКОЙ ФИЗИОЛОГИИ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

© О.И.Орлов, А.В.Суворов, А.В.Дёмин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2013 г.

В работе «Механика в биологии» (1882; 1920) К.Э. Циолковский на основе теоретических выводов, заимствованных из анатомии и физиологии, раскрыл строение организмов и их свойства в зависимости от размеров и тяжести, при этом вывел совершенно новые, ранее неизвестные закономерности, которые находили подтверждение в биологии (Дёмин В.Н., 2005). Тем самым был успешно применен количественный подход к изучению деятельности живых организмов. Эта работа, получившая положительный отзыв И.М. Сеченова, может считаться одной из ранних отечественных работ по математической биологии. В частности, в работе напечатано: «Энергия, мощность существа, или количество выделяемой им механической работы в единицу времени (например, в секунду) зависит, между прочим, не только от совершенства мускула или другого двигательного механизма, но и от количества поглощенного кислорода, переваренной пищи. <…> Но дыхательный процесс зависит также от кровообращения».

Для решения задач космической физиологии в части касающейся кардиореспираторной системы (КРС) человека данный подход был применен в Институте медико-биологических проблем РАН в ходе наземных экспериментов, моделирующих межпланетные полеты (эксперименты «Марс-105», «Марс-520» и др.). Методы математической биологии были успешно применены к результатам измерений потребления кислорода (ПК) и вегетативному индексу Кердо (ИК), вычисляемому из параметров гемодинамики (Kerdo I., 1956; И.Кердо, 2009) в покое и при физической работе, в том числе при нахождении в космическом скафандре (Дёмин А.В. с соавт., 2012). Длительный и высокодискретный мониторинг ИК в рамках космических программ осуществлен впервые.

Построены математические модели ПК при дозированной физической работе возрастающей мощности. В результате исследования свойств модели найдены ранее неизвестные физиологические закономерности процесса «нагрузка – ПК». Выполнена статистическая и теплоэнергетическая интерпретации результатов измерений ПК в покое и максимального ПК (Дёмин А.В. с соавт., 2013). Найдена модель корреляционной связи между ПК и ИК. Благодаря новому использованию свойств ИК найдены и изучены индивидуальные ритмы в вегетативной регуляции гемодинамики, в том числе сезонные и синодические (Дёмин А.В. с соавт., 2011, 2013). Доказано, что долговременные вегетативные ритмы индивидуальны, но поддаются классификации на типы. На основе полученных результатов предложены способы определения уровня физиологического восстановления организма (Патенты РФ 2461353 и 2462180, 2012 г.), начата разработка нового способа косвенной (расчетной) оценки ПК и энерготрат человека (созданы вычислительные процедуры).

Результаты серии работ авторов 2011–13 гг. могут быть применены для создания систем управления КРС функциями организма человека, разработки режимов труда-отдыха космонавтов и спортсменов.