Освоение космоса с самого начала требовало создания приборов и методов, которых на Земле попросту не существовало: контроль здоровья человека на расстоянии, диагностика в условиях невесомости, и даже — десятилетия спустя — печать живых тканей за пределами атмосферы.
Телемедицина
Идея дистанционного медицинского контроля пришла в повседневную жизнь именно из космической программы. В 1963 году в СССР был создан Институт медико-биологических проблем (ИМБП), в задачи которого входила разработка методов слежения за состоянием здоровья космонавтов без физического присутствия врача рядом с пациентом. Специалисты, приглашённые в институт, ранее занимались похожей задачей — дистанционным медицинским сопровождением экипажей атомных подводных лодок, поэтому работа продвигалась быстро. Уже в 1965 году, во время исторического выхода Алексея Леонова в открытый космос, технология была опробована на практике: космонавт был связан с кораблём кабелем, по которому на Землю в реальном времени передавались данные о состоянии его организма — по сути, первый сеанс телемедицины в истории человечества.
В 1966 г. постановлением ГКНТ СССР во ВНИИИМТ была создана специализированная лаборатория для разработки биоуправляемого вспомогательного кровообращения и систем оценки психофизиологического состояния космонавта при работе на борту космического объекта и на тренажёрах.
Сложность задачи состояла в том, что датчики должны были располагаться не на теле космонавта, а на органах управления, оптических системах наблюдения и средствах связи, с которыми оператор взаимодействует. Это позволило создавать системы «скрытого» слежения, которые не отвлекают космонавта и дают объективную картину его состояния в реальной работе.
Внутри этого направления работ в одном из профильных подразделений ВНИИИМТ была создана уникальная система для «скрытого» слежения за психофизическим состоянием оператора. Она опиралась на анализ четырёх ключевых групп показателей:
векодвигательные реакции — движения век и глаз, отражающие уровень бодрствования, внимания, утомления и эмоционального состояния
частота пульса, как индикатор физической и эмоциональной нагрузки
динамика физических усилий, прикладываемых оператором к органам управления (рукояткам, штурвалам, педалям), что позволяет судить о стиле управления, напряжении и изменении моторных стратегий
другие физиологические характеристики, отражающие общий уровень функционального состояния
Одним из наиболее известных приборов, разработанных при участии ВНИИИМТ, стал реоплетизмограф «Левкой‑3», предназначенный для исследования кровенаполнения сосудов головного мозга в условиях специальных работ и космического полёта. В 1972 году прибор «Левкой‑3» был установлен на корабле «Союз‑13» для проведения исследований по адаптации космонавтов к невесомости.
По данным публикаций о «Союзе‑13», с помощью аппаратуры «Левкой» изучались особенности кровообращения головного мозга в спокойном состоянии и после дозированных физических нагрузок в период адаптации к невесомости. Космонавты выполняли стандартные нагрузочные тесты (например, растяжение эспандера), а прибор регистрировал изменения кровенаполнения сосудов мозга, что позволяло оценивать механизм адаптационных реакций системы кровообращения.
В 1974 году бала создана аппаратура «Резеда‑5», которая предназначалась для контроля функции внешнего дыхания космонавта в условиях невесомости. В состав бортового оборудования входили приборы «Резеда» и «Резеда‑5», обеспечивавшие исследование параметров дыхательной системы в полёте. Такие комплексы позволяли регистрировать объём легочной вентиляции, частоту дыхания и другие параметры дыхательной функции прямо на борту корабля. Это критично для оценки переносимости невесомости, влияния физических нагрузок и возможных респираторных сдвигов у космонавтов.
В конце 1980‑х и в 1990‑е годы ВНИИИМТ развивает ещё одно направление, связанное с авиационно‑космической медициной и лечебной аппаратурой. Творческое сотрудничество института (заведующий лабораторией А.В. Васильев и заведующий отделом В.А. Михайлов) с Центральным научно‑исследовательским авиационным госпиталем привело к созданию терапевтических приборов, не имеющих аналогов в мире:
электростимуляторов серии «Интратон» для лечения хронического простатита;
офтальмологического электростимулятора ЭСОФ‑1 для коррекции миопии, гиперметропии и астигматизма;
акустических звуковых стимуляторов серии «Интрафон» для пациентов с камнями в мочеточниках и почечной недостаточностью.
Руководителем проекта был Михайлов Вадим Александрович, в 1989 году за данную работу он был награждён медалью имени Королёва. Медаль имени Королёва традиционно присуждается за выдающиеся работы в области ракетно‑космической техники, что косвенно подтверждает включённость данной разработки в контур задач, связанных с космическими программами.
Биопринтер «Орган.Авт»: печать тканей на орбите
Одним из самых ярких современных примеров космической медицинской техники стал российский магнитный 3D-биопринтер «Орган.Авт», разработанный в 2017 году лабораторией 3D Bioprinting Solutions при участии компании «Инвитро». В отличие от земных аналогов, печатающих слоями геля, устройство использует технологию магнитной левитации: живые клетки удерживаются и формируются в объёме магнитным полем, подобно тому как лепят снежок, воздействуя на снег сразу с нескольких сторон. Такой метод стал возможен именно благодаря невесомости — на Земле силе тяжести мешает клеткам соединяться в нужную структуру.
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы «Мемориальный музей космонавтики»
Первый экземпляр принтера должен был отправиться на МКС 11 октября 2018 года на борту корабля «Союз МС-10», но ракета потерпела аварию на этапе выведения, и система аварийного спасения увела спускаемый аппарат от разрушающейся ракеты-носителя. Прибор упал вместе с бытовым отсеком корабля с высоты около 70 километров: кюветы с биоматериалом и камеры GoPro разбились, однако ключевой узел принтера — магниты — уцелел. Специалисты успели изготовить второй экземпляр, который был успешно доставлен на МКС уже 3 декабря 2018 года на борту следующего «Союза». Космонавт Олег Кононенко провёл первый в истории эксперимент по биопечати в космосе, создав фрагмент хрящевой ткани и конструкт щитовидной железы мыши.
Эксперименты на этом не остановились: в последующих миссиях с помощью «Орган.Авт» удалось напечатать первый в мире функциональный орган со своей сосудистой системой — щитовидную железу мыши, а также — впервые в истории — образец искусственно выращенного мяса из клеток коровы. Оба биопринтера — рабочий технологический дубликат и повреждённый при аварии экземпляр — сегодня хранятся в Музее космонавтики.
Медицинские инструменты для космоса
Космос не прощает лишнего веса. Каждый грамм, поднятый на орбиту, стоит колоссальных денег и требует дополнительного топлива — поэтому конструкторы и медики, готовившие снаряжение для пилотируемых кораблей, вынуждены были искать материалы и решения, которых прежде не существовало ни в одной области медицины. Именно с этой задачей столкнулся Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинской техники — предшественник ФГБУ «ВНИИИМТ» Росздравнадзора, — когда получил спецзаказ на разработку хирургического набора для оказания экстренной помощи на борту космического корабля.
Зажим хирургический
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Пинцет
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Крючок Фолькмана
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Крючок Фарабефа
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Ножницы Рихтера
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Скальпель
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Зажим хирургический
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Зажим хирургический
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Зажим хирургический
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Пинцет анатомический
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
Пинцет хирургический
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы "Мемориальный музей космонавтики"
К концу 1960-х годов пилотируемые полёты в СССР стали регулярными, а вместе с ними встал вопрос: что делать, если на борту потребуется оказать неотложную медицинскую помощь? Стандартные стальные хирургические инструменты для этой цели не подходили — они были слишком тяжёлыми, а любой лишний килограмм на борту буквально «на вес золота». Институту медицинской техники поручили спроектировать набор, который сохранял бы функциональность обычного хирургического инструментария, но при этом весил в разы меньше.
Титановый сплав: инженерное решение
Ответ был найден в титане. Специалисты Всесоюзного НИИ хирургической аппаратуры и инструментов — научного направления, впоследствии ставшего ВНИИИМТ, — провели серию экспериментов по подбору титановых сплавов для медицинского применения. Итогом стал уникальный сплав, который оказался в 2–2,5 раза легче стали, применявшейся ранее в хирургическом инструментарии. Из него изготавливали ручки инструментов, тогда как рабочие части — режущие кромки, зажимы, наконечники — выполнялись из специально разработанной стали, сохранявшей необходимую твёрдость и остроту. Параллельные исследования показали, что переход на титановые сплавы даёт выигрыш в массе от 20% до 50% в зависимости от типа инструмента: наибольшая экономия достигалась на объёмных деталях — зеркалах, крючках, ранорасширителях. При этом титан сохранял ключевые для медицины свойства: биологическую инертность, устойчивость к стерилизации кипячением и автоклавированием, стойкость к агрессивным средам.
1969
набор из титанового сплава впервые отправился в космос вместе с космонавтом Владиславом Волковым на борту корабля «Союз-7». Хирургических операций в ходе полёта проводить не пришлось, но сам факт присутствия комплекта на борту подтвердил готовность отечественной медицинской промышленности к нештатным ситуациям на орбите
1985
комплект передан в фонды Мемориального музея космонавтики, где хранится и по сей день
Побочный эффект, изменивший стоматологию
В процессе испытаний специалисты института обнаружили неожиданное свойство: к титановому сплаву практически не прилипают композитные материалы. Для космической медицины это было приятным, но второстепенным наблюдением, а вот для стоматологии — настоящим прорывом. Обычный металлический инструмент притягивает к себе композитную пломбировочную массу в процессе работы врача, что затрудняет точную обработку полости и увеличивает время приёма.
Разработанный для космоса сплав решал эту проблему без дополнительных покрытий. Это свойство легло в основу отдельной линейки титанового стоматологического инструментария, которая производится и востребована по сей день — редкий пример того, как инженерное решение, созданное для орбитальной медицины, нашло практическое применение в массовой земной стоматологии.
Какие еще медицинские изделия использовали для подготовки космонавтов
Ортостатический стенд Медицинское устройство для проведения ортостатической пробы: специальный стол или платформа, к которой пациента фиксируют в горизонтальном положении, а затем плавно переводят в вертикальное (или под определённым углом) для оценки того, как организм — в первую очередь сердечно-сосудистая и вегетативная нервная системы — реагирует на изменение положения тела в пространстве.
Космонавт Севастьянов В.И. на тренировке на ортостатическом стенде
Источник: Государственное бюджетное учреждение культуры города Москвы «Мемориальный музей космонавтики»