«ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТОВ (НПИ) НА РОССИЙСКОМ СЕГМЕНТЕ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ (РС МКС) 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МАТЕРИАЛЫ В УСЛОВИЯХ ...»

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

ВЫПОЛНЕНИЯ

ПРОГРАММЫ НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ЭКСПЕРИМЕНТОВ (НПИ)

НА РОССИЙСКОМ СЕГМЕНТЕ МЕЖДУНАРОДНОЙ

КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ (РС МКС)

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МАТЕРИАЛЫ В УСЛОВИЯХ

КОСМОСА

Космический эксперимент «Кристаллизатор»

«Кристаллизация биологических макромолекул и получение биокристаллических пленок в условиях микрогравитации»

(продолжается с МКС-11) Научный руководитель А.Д. Волошин, к.ф-м. н.

Постановщик ИК РАН Другие участники: ФГУП "ЦНИИмаш", РКК "Энергия" им. С.П. Королева, ФГБУ "НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина", ЦУП-М ФГУП "ЦНИИмаш" Цель: Исследование физических процессов кристаллизации белков для получения совершенных по структуре монокристаллов белков, пригодных для рентгеноструктурного анализа.

Выполнение:

В ходе реализации эксперимента на борту МКС выполняются следующие задачи:

Отработка в условиях микрогравитации методик получения монокристаллов биологических макромолекул.

Отработка аппаратуры, режимов и условий выращивания монокристаллов белков.

Экспериментальная оценка эффективности и надежности используемой аппаратуры.

Отработка циклограммы эксперимента для организации мелкосерийного выращивания биокристаллов и пленок в условиях микрогравитации.

В 2011 году рамках российского КЭ «Кристаллизатор» были продолжены исследования физических процессов кристаллизации белков для получения совершенных по структуре монокристаллов белков, пригодных для рентгеноструктурного анализ.

Примеры выращенных в космосе кристаллов белков и их комплексов с использованием японской научной аппаратуры «JAXA PCG» приведены на Рис.1, 2 и 3.

Рис.1 Кристалл комплекса PPAT с Рис.2 Кристалл АТФ (RCP400-S1), выращенный в тимидинфосфорилазы в космосе комплексе с ингибитором (RCP403-S2), выращенный в космосе а б в г Рис.3 Кристаллы ADH в комплексе с 1.6гександиолом, выращенные в наземных экспериментах (а, б) и в космосе (в, г) В настоящее время в ходе основной экспедиции МКС-30 проводится пятый сеанс эксперимента.

Аппаратура:

Выращивание кристаллов белков проводится с помощью японской научной аппаратуры «JAXA PCG» в соответствии с cоглашением между Роскосмосом и Японским аэрокосмическим агентством (JAXA).

б) а) Аппаратура:

а) Контейнер аппаратуры JAXA-PCG б) Контейнер аппаратуры JAXA-PCG с боковыми проставками из пенопласта Результаты:

Эксперимент проводится в интересах науки, медицины, фармакологии и биотехнологии.

Дифракционные наборы, полученные с кристаллов, позволяют решить или уточнить структуры сложных белковых молекул.

В 2011 году в рамках эксперимента проведены следующие работы:

- решены и уточнены структуры кристаллов белков, являвшимися объектами исследований в сеансе КЭ «Кристаллизатор» в период МКС 24/25 (эксперимент JAXA#3);

- наработаны белки и определены условия их кристаллизации для реализации КЭ «Кристаллизатор» в период МКС 27/28 (эксперимент JAXA#4);

- проведены подготовка белков и оборудования к проведению КЭ;

- реализован сеанс эксперимента в период экспедиции МКС 27/28 (эксперимент JAXA#4);

- выполнена предварительная обработка результатов эксперимента JAXA#4 и получены дифракционные наборы с выращенных кристаллов.

Обработка результатов проведения КЭ по кристаллизации белков, полученных в ходе эксперимента JAXA#3.

Применение результатов эксперимента В результате дальнейших исследований будут получены данные, позволяющие начать создание новых лекарственных антибактериальных препаратов. На основе наиболее эффективных ингибиторов в перспективе будут созданы прототипы лекарств для борьбы с таким социально значимым заболеванием как туберкулз, холера, диабет и другие. Будут исследованы эффекты стресса в растениях, вызванные холодом и засухой. Полученные данные позволят создать растения, устойчивые к таким стрессам. Могут быть также получены дешевые биокатализаторы.

Публикации:

Результаты выполнения космического эксперимента «Кристаллизатор» в 2011 году отражены в 3-х научных статьях:

1. Пространственная структура рекомбинантной карбоксипептидазы Т из thermoactynomyces vulgaris, не содержащей связанных ионов кальция. В. Х. Акпаров, В. И.

Тимофеев, И. П.Куранова. Кристаллография, 2011, том 56, № 4, с. 705–711.

2. Выращивание кристаллов фосфопантетеин аденилилтрансферазы, карбоксипептидазы Т итимидинфосфорилазы на международной космической станции методом встречной диффузии в капилляре. 2011 г. И. П. Куранова, Е.А. Смирнова, Ю. А. Абрамчик, Л.

А.Чупова, Р. С. Есипов, В. Х. Акпаров, В.И. Тимофеев, М. В. Ковальчук.

Кристаллография,2011, том 56, № 5, с. 941–948.

3. Пространственная структура фосфопантетеин аденилилтрансферазы из Mycobacterium tuberculosis в апо-форме и в комплексах с коферментом А и с дефосфокоферментом А г. В. И. Тимофеев, Е. А. Смирнова, Л. А. Чупова, Р. С. Есипов, И. П. Куранова.

Кристаллография, в печати. 2012, том 57, № 1, с. 26–34.

Космический эксперимент «Плазменный кристалл»

«Исследование плазменно-пылевых кристаллов и жидкостей в условиях Научный руководитель В.Е. Фортов, академик РАН Постановщик Объединенный институт высоких температур РАН, Москва Другие участники: РКК "Энергия" им. С.П. Королева, Эксперимент проводится в рамках международного сотрудничества с Европейским космическим агентством (ЕКА).

Цель:

Изучение процессов формирования упорядоченных структур заряженных твердых макрочастиц в плазме высокочастотного газового разряда в условиях микрограв итации с использованием забортного вакуума.

Выполнение:

Для достижения этой цели были продолжены исследования по формированию упорядоченных структур, состоящих из заряженных до 10 3 – 105 электронов макрочастиц микронного размера с постоянной решетки, составляющей доли миллиметра и их переходов из хорошо упорядоченного состояния (кристалл) в слабо упорядоченное (жидкость).

В ходе сеансов 2011 года:

- выполнен цикл экспериментов по исследованию сильно неидеальной пылевой плазмы в условиях микрогравитации на установке «Плазменный кристалл 3 Плюс»;

- выполнено исследование нового состояния пылевой плазмы – электрореологической плазмы, когда происходит переход от изотропной плазменно-пылевой жидкости к анизотропному состоянию;

- выполнено исследование взаимопроникновения облаков микрочастиц в пылевой плазме при различных условиях. Впервые получены данные о диапазоне существования неравновесного перехода в бинарной пылевой плазме.

- получены данные о фазовом переходе плазменная жидкость – плазменный кристалл по результатам экспериментов с плазменно-пылевой системой из частиц диаметром 1,55 мкм.

Обнаружено, что кристаллизация плазменно-пылевой системы происходит при понижении давления плазмообразующего газа (аргона). Обнаруженное поведение плазменно-пылевой системы прямо противоположно плавлению плазменного кристалла в лабораторных экспериментах на Земле Аппаратура:

В ходе сеансов 2011 года выполнен цикл экспериментов по исследованию сильно неидеальной пылевой плазмы в условиях микрогравитации на установке «Плазменный кристалл 3 Плюс» («ПК-3 Плюс»). Использование установки «ПК-3 Плюс» позволяет получить новые сведения о свойствах пылевой плазмы.

Генератор пылевой плазмы ПК- Результаты:

Исследования, проведенные на аппаратуре "Плазменный кристалл", позволи ли обнаружить ряд совершенно новых эффектов в плазме с сильно заряженными макрочастицами:

- впервые обнаружено формирование трехмерных упорядоченных структур сильнозаряженных частиц микронного размера с большим параметром неидеальности (трехмерный плазменный кристалл) с гранецентрированной и объемно-центрированной решетками;

- открыто одновременное сосуществование гранецентрированных и гексогональных структур;

- осуществлено возбуждение волн пылевой компоненты, что дает возможность получения дисперсионных соотношений и исследования характера волн;

- обнаружены нелинейные волны плотности пылевой компоненты;

- обнаружено существование областей с конвективным движением заряженных макрочастиц в плазменной жидкости ("плазменно-пылевые вихри"), поведение частиц в которых существенно отличается от наблюдаемых в условиях гравитации.

- продемонстрирована возможность исследования роста микрочастиц в условиях микрогравитации.

Нелинейные волны в пылевой плазме В сеансах 2011 года был получен ряд новых экспериментальных результатов, среди которых - открытие электрореологической (ЭР) плазмы, которая может формироваться с помощью установки «ПК-3 Плюс» на МКС. ЭР жидкости представляют собой жидкости, содержащие коллоиды, реагирующие на воздействие внешних электрических полей с изменением вязкости на порядки величины.:

- выполнено исследование нового состояния пылевой плазмы – электрореологической (ЭР) плазмы, при котором происходит переход от изотропной плазменно-пылевой жидкости к анизотропному состоянию;

- выполнено исследование взаимопроникновения облаков микрочастиц в пылевой плазме при различных условиях. Впервые получены данные о диапазоне существования неравновесного перехода в бинарной пылевой плазме.

- получены данные о фазовом переходе плазменная жидкость – плазменный кристалл по результатам экспериментов с плазменно-пылевой системой из частиц диаметром 1,55 мкм. Обнаруженное поведение плазменно-пылевой системы прямо противоположно плавлению плазменного кристалла в лабораторных экспериментах на Земле.

Кристаллизация плазменно-пылевой системы а) структура после подачи напряжения, б) спустя 3 минуты Эксперимент имеет большое значение как с точки зрения фундаментальных исследований, поскольку в условиях микрогравитации открываются возможности обнаружения совершенно новых эффектов в плазме с заряженными твердыми макрочастицами, так и с точки зрения прикладных задач (физика кристаллов и фазовых переходов в них, теория дислокаций и дефектов в кристаллической решетке, физика сильно неидеальной плазмы, плазменно-коллоидная технология травления, напыления и получения новых материалов с особыми и заданными свойствами).

Исследования плазменных кристаллов в условиях микрогравитации позволят получить принципиально новую информацию, которую невозможно получить в лабораторных условиях на Земле из-за искажающего влияния силы тяжести Публикации:

Только в 2011 году по результатам эксперимента опубликовано 5 статей в отечественных и зарубежных научных журналах:

1. S.A. Khrapak et. al., Freezing and Melting of 3D Complex Plasma Structures under Microgravity Conditions Driven by Neutral Gas Pressure Manipulation, Physical Review Letters 106 (20), 205001 (2011).

2. R.J. Heidemann et. al., Comprehensive experimental study of heartbeat oscillations observed under microgravity conditions in the PK-3 Plus laboratory on board the International Space Station, Physics of Plasmas 18 (5), 053701 (2011).

3. В.И. Молотков и др., Фазовые переходы в условиях микрогравитации, Материалы всероссийской (с международным участием) конференции Физика низкотемпературной плазмы – 2011, Петрозаводск 21-27 июня 2011 г., ПетрГУ, Том 2, сс.

146-151.

4. V.I. Molotkov et. al., Interpenetration of two clouds of microparticles in complex plasma under microgravity conditions, book of abstracts Sixth International Conference on the Physics of Dusty Plasma (ICPDP6), Garmisch-partenkirchen, Germany, May 16-20, 2011, p.

185.

5. A.M. Lipaev et. al., Survey of Complex Plasma Research on the International Space Station using PK-3 Plus Microgravity Laboratory, book of abstracts Sixth International Conference on the Physics of Dusty Plasma (ICPDP6), Garmisch-partenkirchen, Germany, May 16-20, 2011, p. 10.

2. ГЕОФИЗИКА И ОКОЛОЗЕМНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО

«Исследование процессов релаксации в УФ области спектра при высокоскоростном взаимодействии продуктов выхлопа реактивных двигателей с верхней атмосферой Земли, атмосферных оптических явлений при входе тел в разреженную верхнюю атмосферу и ее оптических свойств в УФ-диапазоне»

Научный руководитель: Ю.А. Пластинин, к.т.н., с.н.с., старший член Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA), академик Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Другие участники: РКК "Энергия" им. С.П. Королева, Цель:

Исследование физико-химических и радиационных процессов и фундаментальных констант процессов гиперскоростных столкновений молекулярных потоков с атмосферным кислородом с целью развития моделей взаимодействия выхлопов двигательных установок с верхней атмосферой Земли и уточнение модели собственной внешней атмосферы пилотируемых станций и космических аппаратов (КА) Исследование физико-химических и радиационных явлений, сопровождающих вход КА в атмосферу Земли с целью проведения верификации термохимических и радиационных моделей высокотемпературного воздуха по траектории спуска разрабатываемых и перспективных КА на высотах от 110 до 30 км, а также моделирование фрагментации космического мусора и естественных космических тел (боллидов, метеоров и др.).

Исследования излучения верхней атмосферы Земли и околоземного космического пространства (ОКП) в УФ, видимом и ближнем ИК- диапазонах спектра с целью получения данных, необходимых для моделирования глобальных атмосферных явлений естественного и техногенного происхождения (транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли в УФ-диапазоне, модификация верхней атмосферы при радионагреве, явление бифуркации и глобальной трансформации высотного распределения и концентраций малых компонент в верхней атмосфере и др.) Выполнение:

В период с февраля по октябрь 2011 года по программе КЭ «Релаксация» всего было проведено 17 сеансов экспериментов.

Цели отдельных сеансов космических экспериментов состояли в следующем:

проведение с помощью современных методов более точной привязки результатов съемок земной поверхности с орбиты МКС ко времени и к географической координате;

определение пространственно-временных характеристик по наблюдению с орбиты в УФ- области спектра высотных транзиентных явлений при грозовых разрядах для понимания их природы и энергетики, которые вносят в верхнюю атмосферу большую энергию и существенно влияют на химический состав, а также играют ключевую роль в формировании эволюции ионосферы;

получение конкретных систематических данных изображений подстилающей поверхности разнообразных типов геологического строения, растительного покрова и хозяйственного использования, акваторий разных глубин морей и океанов, а также их спектральные яркости и альбедо по трассе полета МКС, по которым определены содержания паров облачных образований; такие данные необходимы для разрабатываемого спектрометра газового состава атмосферы Земли перспективного метеорологического комплекса третьего поколения «Метеор-МП», предусмотренного к выпуску в 2015 году;

подтверждение и доказательство воспроизводимости ранее полученных уникальных данных о возникновении глобальных оптических явлений в верхних слоях атмосферы под воздействием на ионосферу среднеширотного радионагревного стенда «Сура» над точкой, магнитосопряженной стенду в южном полушарии, что позволяет уточнить сложную природу электромагнитных взаимодействий в магнитосфере и разработку методов прогнозирования «космической погоды» и сейсмических явлений на Земле;

проведение регистрации спектров излучения ТМА «Союз при спуске и входе в плотные слои атмосферы.

Аппаратура:

В проведенных исследованиях был использован комплекс научной аппаратуры «ФиалкаМВ-Космос».

Результаты:

Разработаны базовые принципы УФ-мониторинга геофизической обстановки, в основе которых лежит использование цифровой регистрации сверхслабых полей яркости и спектров излучения верхней атмосферы Земли и ОКП с помощью аппаратуры высокой чувствительности «Фиалка-МВ-Космос» с использованием технологии усиления яркости и автоматизированного спектрометра с оптоволоконным входом [1, 2].

Обнаружены и исследованы глобальные области взаимодействия выхлопов реактивных двигателей с верхней разреженной атмосферой Земли (Н ~ 350 – 400 км); в результате анализа полей яркости определены фундаментальные константы процессов гиперскоростного взаимодействия атомов кислорода с компонентами выхлопов ДУ.[1Установлено, что при работе бортовых двигательных установок (ДУ) наблюдается яркое УФ свечение собственной атмосферы МКС в молекулярных полосах OH, связанное с распадом и фотолизом паров воды в выхлопах ДУ. [1, 2, 4] Получены уникальные натурные экспериментальные данные в УФ-диапазоне спектра по пространственной структуре и интенсивности спектра излучения плазменных образований КА и фрагментов блоков ТК при входе в атмосферу Земли с гиперзвуковыми скоростями по всей траектории спуска. [1, 2, 5-7] При воздействия мощного модулированного излучения среднеширотного радионагревного стенда «Сура» на ионосферу и атмосферу Земли обнаружено глобальное свечение верхней атмосферы Земли на высотах ~ 100 – 140 км в южном и северном полушариях; вероятный механизм модификации атмосферы – возбуждение альвеновских колебаний ионосферы. [8] По данным систематических измерений полей яркости в верхней атмосфере Земли в УФ-диапазоне спектра обнаружено явление бифуркации высотного лимба на высотах ~ 100 км и, соответственно, слоя концентрации атомарного кислорода над сейсмоактивным районом схождения тектонических плит в районе Аравийского подводного хребта в Индийском океане. [1, 2, 4-9] Впервые исследованы в УФ-диапазоне спектра пространственно-временные и энергетические характеристики глобальных грозовых явлений в верхней атмосфере Земли (эльфы, спрайты, джеты и др.) и получены в районе экваториальной Африки новые ранее неизвестные данные о природе процессов их возникновения и развития.

[10] Разработана методология и получен большой объем информации по гиперспектральному мониторингу системы «атмосфера–Земля» с борта МКС в УФ, видимой и ближней ИК-областях спектра по трассе полета станции в различных геогелиофизическх условиях наблюдения (спектральное разрешение – 1,5 нм, полоса обзора – не менее 200 км, пространственное разрешение - от 1,5 до 15 км). [1, 2] Таким образом, в серии космических экспериментов «Релаксация», выполненных на борту МКС, показана высокая эффективность использования УФ-диапазона спектра для мониторинга глобальных физических явлений естественного и техногенного характера, геофизической обстановки в атмосфере Земли и околоземном космическом пространстве.

1. Разработан метод пространственной привязки получаемых в КЭ изображений.

Точность привязки к географическим координатам составляет не хуже 200 м.

2. Наблюдения грозовых явлений с борта РС МКС в УФ- области спектра дают возможность развивать новое направление исследований из космоса ранее недоступных электромагнитных явлений в верхней атмосфере Земли.

«атмосфера поверхность Земли» при наблюдении в надир с борта МКС, включающая получение цифровых изображений подстилающей поверхности, географическую привязку области наблюдения, определение абсолютных значений спектральной яркости, спектрального альбедо «атмосфера поверхность Земли» с высоким радиометрическим разрешением 16 бит (65000 уровней отсчета яркости). Случайная погрешность регистрации соответствует ~ 20 уровням отсчетов, а отношение сигнал/шум составляет 3200. Погрешность измерения абсолютной яркости излучения от УФ- до ближней ИКобласти спектра составляет в зависимости от условий наблюдения от 3 % до 8 %. Эти данные превышают, как правило, параметры существующей аппаратуры на зарубежных КА дистанционного зондирования Земли.

Результаты гиперспектрального зондирования с высоким спектральным разрешением (~1,5 нм), полученные в данной работе, являются базой для развития нового направления в России дистанционного зондирования Земли из космоса, связанного с получением по трассе полета КА изображений поверхности более, чем в ста спектральных интервалах.

Публикации [1] Анфимов Н.А. и др., Исследования на МКС атмосферы и ионосферы Земли // Полет, 2007, № 12, с.3-10.

Землянский Б.А. и др., Космические эксперименты «Релаксация»: научные задачи, [2] аппаратура и результаты исследований на борту Российского сегмента Международной космической станции. // Космонавтика и ракетостроение, 2007 г., вып. 4 (49), стр. 33-40.

Карабаджак Г.Ф. Определение эффективного сечения реакции О+Н 2 О=ОН(А)+ОН(Х) [3] при гиперскоростных столкновениях компонентов по измерениям интенсивности свечения гидроксила в ходе космических экспериментов // Космонавтика и ракетостроение, 2004, вып. 3 (36), стр. 123-130.

Карабаджак Г.Ф. и др., Спектрозональные исследования сверхслабых эмиссий [4] естественного и техногенного происхождения в верхних слоях атмосферы и ионосферы Земли // Космонавтика и ракетостроение, 2007, вып. 4 (49), стр. 26-32.

Пластинин Ю.А. и др., Космические исследования с борта МКС плазменных [5] образований. – Тезисы доклада на международной конференции «Современные проблемы газовой динамики», посвященной 100-летию академика Х.А. Рахматулина, 21-23 апреля 2009 г., г. Москва Пластинин Ю.А. и др., Космические исследования с борта МКС плазменных [6] образований при входе и фрагментации космических аппаратов в атмосферу Земли. – Тезисы доклада на Шестом Международном аэрокосмическом конгрессе IAC’09, г.

Москва, 23-27 августа 2009 г.

Карабаджак Г.Ф. и др., Наблюдение входа в атмосферу Земли грузового КА ATV [7] спектрозональной системой «Фиалка-МВ-Космос» с борта МКС // Космонавтика и ракетостроение, 2010, вып. 2 (59).

Карабаджак Г.Ф. и др., Исследование глобальных пространственно-временных [8] характеристик свечения верхней атмосферы и ионосферы Земли при воздействии на них радиоизлучения при наблюдении с борта МКС // Космонавтика и ракетостроение, 2009, вып. 4 (57), стр. 88-94.

Карабаджак Г.Ф. и др., Определение профилей концентраций атомов кислорода в [9] верхних слоях атмосферы Земли по экспериментальным данным с пилотируемых космических станций // Космонавтика и ракетостроение, 2007, вып. 1 (46), стр. 38- Пластинин Ю.А. и др., Исследование из космоса грозовых образований в верхней [10] атмосфере Земли в ультрафиолетовой области спектра // Космонавтика и ракетостроение, 2010, в печати

3. МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

“Исследование массообменных свойств капиллярно-пористых тел (корнеобитаемых Научный руководитель: В.Н. Сычев, доктор биологических наук, заведующий Цель:

Изучение особенностей влагопереноса в капиллярно-пористых телах – заменителях почвы в условиях микрогравитации.

Выполнение:

Задачи эксперимента:

- определение динамики капиллярной пропитки корнеобитаемой среды в условиях микрогравитации;

- экспериментальное определение коэффициентов капиллярной диффузии влаги в условиях микрогравитации для корнеобитаемой среды при ограниченном капиллярном насыщении.

Объем проведенных исследований на МКС:

Космический эксперимент «Массоперенос» выполнен в ходе экспедиции МКС -2.

Аппаратура:

- комплект КЮВЕТА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ с гидроаккумулятором - видеокамера (BVP-70P SONI комплекса LIV или аналог), имеющаяся на борту.

Компоновка оборудования при проведении Устройство после выполнения Результаты:

(ориентировочно до 10 раз выше для космического полета, свидетельствует о неоднородном характере сушки КС, что не Гидрофизические характеристики КС наблюдается в условиях гравитации. (сушка) в условиях космического полета и в 3. Различие влажностей при потенциале условиях гравитации.

-60мм воды может достигать 17% (62,58% и 45,87%).

Все выявленные особенности влагопереноса в капиллярно-пористых телах важны для проектирования космических оранжерей, модуля исследования субстратов и для различных космических технологий, использующих пористые тела.

Результаты настоящего исследования будут использованы при проектировании космических оранжерей (типа «ЛАДА»), которые предполагается использовать на орбитальных станциях вблизи Земли.

Публикации:

По результатам космического эксперимента опубликованы 7 статей.

1. Подольский И.Г. и др., Устройство для определения массообменных свойств капиллярно-пористых систем. А.С.№ 4703849125 от 12.06.89г.

2. Подольский И.Г. и др., Некоторые особенности жидкостного обеспечения корнеобитаемой среды при культивировании растений в условиях микрогравитации.

Авиакосмическая и экологическая медицина. 1998, Т.32, № 2, с.36-43.

3. Jones, Scott B., Robert Heinse, Dani Or, Darwin H. Poritz, T. Shane Topham, Igor G.

Podolskiy and Gail E. Bingham. 2007. Oxygen diffusion measurements in partially saturated porous media aboard the International Space Station. Agronomy Abstracts, ASA, Madison, WI.

4. Heinse, R., S.B. Jones, D. Or, T.S. Topham, I.G. Podolskiy and G.E. Bingham, 2007. An Automated Oxygen Diffusion and Water Retention Measurement System for Microgravity.

Agronomy Abstracts, ASA, Madison, WI.

5. Подольский И.Г. Подольский И.Г. и др.,Исследование технологий культивирования высших растений в космической оранжереи ЛАДА на на международной космической станции. Проблемы обитаемости в гермообъектах. - Мат. Рос. Конф., Москва, 4-8 июня 2001 г. – М., Слово. – – с.156-157.

6. Подольский И.Г., Бингхем Г.Е. Гидрофизические характеристики корнеобитаемой среды оранжереи (режим осушения) в условиях космического полета.Материалы ХШ конференции по космической биологии и авиакосмической медицине, Москва, 13-16 июня 2006 г., с.241-242.

7. Подольский И.Г. и др., Оценка погрешности теплоимпульсного метода измерения влагосодержания корнеобитаемых сред для космических оранжерей.

Авиакосмическая и экологическая медицина. 2002, т. 36, № 1, с. 55- Космический эксперимент «Межклеточное взаимодействие»

«Исследование межклеточных взаимодействий в условиях космического полета»

Научный руководитель: Л.Б.Буравкова, д.м.н., проф.

Цель:

Оценка цитотоксической активности изолированных лимфоцитов крови человека при совместном культивировании с культурой миелобластов линии К-562 в условиях микрогравитации.

Выполнение:

Задачи эксперимента:

1. Разработать метод и бортовую укладку для определения цитотоксической активности лимфоцитов – естественных киллеров периферической крови человека применительно к условиям космического полета на борту Международной космической станции.

2. Определить влияние микрогравитации на цитотоксичность лимфоцитов – естественных киллеров in vitro при совместном культивировании с клетками К-562.

3. Изучить продукцию цитокинов суспензией иммунокомпетентных клеток при взаимодействии с клетками линии К-562 в условиях измененной гравитации.

Выполнение:

Эксперимент «Межклеточное взаимодействие»

был выполнен российскими космонавтами в период смены экипажей на МКС-7 – МКС-12 в течение первых и вторых суток после стыковки. В полете эксперимент проводится на российском сегменте Выполнение эксперимента МКС одним из членов экипажа (российским «Межклеточное взаимодействие»

Объекты исследования Материалом для исследований служили культура лимфоцитов человека, выделенных из периферической крови, и суспензионная культура опухолевых миелобластов человека (К-562). Клетки-мишени К-562 были получены из коллекции Института вирусологии РАМН им. Д.И.Ивановского.

Аппаратура:

«ФИБРОБЛАСТ-1». «ФИБРОБЛАСТ-1».

Результаты:

КЭ «Межклеточное взаимодействие» является первым и пока единственным осуществленным экспериментом, направленным на изучение влияния микрогравитации на лимфоциты-естественные киллеры, играющие важнейшую роль в обеспечении естественной резистентности организма к различным возбудителям инфекций и элиминации клеток с нарушением дифференцировки.

До настоящего времени при изучении влияния микрогравитации на иммунокомпетентные клетки основное внимание исследователей было сосредоточено на функцию Тлимфоцитов. Рядом исследователей на культурах изолированных мононуклеарных клеток было выявлено угнетение функциональной активности Т-клеток, возникающей в результате нарушения их взаимодействия со вспомогательными клетками, осуществляемого через сигналы, необходимые для экспрессии регуляторных молекул.

Проведенные исследования показали, что фактор микрогравитации не оказывал угнетающего влияния на функцию лимфоцитов-ЕК, более того, в половине полетных экспериментов наблюдалось даже существенная активация функциональной активности ЕК.

Результаты проведенных исследований цитотоксической активности ЕК при совместном культивировании с культурой миелобластов линии К-562 в условиях микрогравитации позволяют перейти к более глубокому пониманию некоторых процессов, лежащих в основе межклеточных взаимодействий.

Проведенные исследования позволили разработать новый подход к исследованию роли регуляторных стимулов в функционировании иммунокомпетентных клеток in vitro в условиях микрогравитации. Результаты работы дополняют теоретические представления о влиянии условий микрогравитации на межклеточные взаимодействия лимфоцитов естественных киллеров и клеток мишеней линии К-562. Полученные данные имеют практическое значение, так как позволят обосновать методологические подходы к исследованию состояния противовирусного иммунитета космонавтов непосредственно во время космического полета, что является основанием для разработки средств медицинского контроля на различных этапах длительных экспедиций. На основе КЭ «Межклеточное взаимодействие» разработан и осуществлен космический эксперимент NKA в рамках программы Европейского космического агентства KUBIK.

Публикации:

По результатам космического эксперимента опубликованы 7 статей.

1. Cell interactions in microgravity: cytotoxic effects of natural killer cells in vitro.

Buravkova L.B., Rykova M.P., Grigorieva O.V., Andropova E.N. // Journal of Gravitational Physiology, 2004, Volume 11, №2, P-177-180.

2. Модификация метода изучения цитотоксической активности лимфоцитовестественных киллеров для полетных экспериментов в космосе. Буравкова Л.Б., Рыкова M.П., Антропова E.Н., Григорьева O.В. // Авиакосмическая и экологическая медицина, 2005, №1, стр. 55-59.

3. Cytotoxic activity of NK lymphocytes in vitro under microgravity. Grigorieva O.V., Buravkova L.B., Rykova M.P. // Journal of Gravitational Physiology, 2005, Volume 12, №1, PCell-to-cell interactions in changed gravity: ground-based and flight experiments.

Buravkova L.B., Romanov Yu.A., Rykova M.P., Grigorieva O.V., Merzlikina N.V. // Acta Astronautica, 2005, Volume 12, P-67-74.

5. The effects of microgravity on the in vitro NK cell function during six International Space Station Missions). Buravkova L.B., Grigorieva О.V., Rykova M.P. // Bremen Microgravity Science and Technology, 2007, Volume 19, №2, P-45-47.

6. Цитотоксическая активность лимфоцитов-естественных киллеров in vitro в условиях микрогравитации. Буравкова Л.Б., Григорьева О.В., Рыкова М.П., Григорьев А.И.. Доклады Академии Наук, 2008. т.421, №1, с.128-130.

7. Взаимодействие культуры лимфоцитов человека и перевиваемой суспензионной культурой опухолевых миелобластов К-562 в условиях микрогравитации (Космический эксперимент «Межклеточное взаимодействие»). Буравкова Л.Б., Григорьева О.В., Рыкова М.П. Глава в монографию «Медико-биологические исследования на Российском сегменте МКС (2001-2008 г.г.)» (в печати) Результаты КЭ также были доложены на 7 международных научных конференциях:

6-ой международной научно-практической конференции «Пилотируемые полеты в космос». Звездный городок, 2005. (Результаты полетного эксперимента «Межклеточное взаимодействие» (МКС-7 – МКС-11). Буравкова Л.Б., Рыкова M.П., Григорьева O.В.) Конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов. Москва, 2005.

(Изучение цитотоксической активности лимфоцитов-естественных киллеров в условиях измененной гравитации. Григорьева О. В.) Конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов, посвященной Дню космонавтики. Москва, 2004. (Использование проточной цитофлуориметрии для выявления изменений популяций лимфоцитов. Григорьева О. В.) 13-ой конференции «Космическая биология и авиакосмическая медицина», Москва, 2006. (Межклеточное взаимодействие иммунных клеток и клеток-мишеней in vitro в условиях микрогравитации (МКС-7 – МКС-12). Григорьева O.В., Рыкова M.П., Буравкова Л.Б.) Science on European Soyuz Mission to the International Space Station (2001-2005), Toledo (Spain), 2006. (The effects of microgravity on interaction between human immune cells and target cells in vitro (flight experiments during ISS-7 – ISS-12 missions). Buravkova L.B., Grigorieva О.V., Rykova M.P.) 26th Annual International Gravitational Physiology Meeting, Cologne (Germany), 2005.

(Cytotoxic activity of NK lymphocytes in vitro under microgravity. Grigorieva O.V., Buravkova L.B., Rykova M.P.) 55th International Astronautical Congress, Vankuver, Canada, 2004. (Cell-to-cell interactions in changed gravity: ground-based and flight experiments. Buravkova L.B., Romanov Yu.A., Grigorieva O.V., Rykova M.P.) «Разработка метода оперативного прогноза дозовых нагрузок на экипаж пилотируемых Научный руководитель: В.В. Цетлин, доктор тех наук Цель:

Создание базы исходных данных для разработки метода краткосрочного прогнозирования изменения потоков заряженных частиц и мощности дозы от космического излучения в отсеках орбитального комплекса и на его внешней поверхности.

Выполнение:

Задачи эксперимента:

• накопление данных, получаемых с бортовых штатных дозиметрических приборов системы радиационного контроля в оперативном режиме;

• адаптация программ многофакторного анализа для обработки экспериментальных данных о среднесуточной мощности дозы, гелиогеофизических параметров солнечной активности, баллистических параметров орбиты МКС;

• отработка и апробация методики прогнозирования дозовых характеристик радиационной обстановки в отсеках МКС и на ее поверхности.

Аппаратура:

Используются штатные средства контроля радиационной обстановки на МКС:

• радиометр Р-16;

• дозиметры ДБ-8 с блоками обработки и анализа результатов измерения;

• дозиметрическая аппаратура «ПИЛЛЕ-МКС»;

• индивидуальные дозиметры «ИД-3 МКС».

Результаты:

Основными величинами гелиофизических факторов, определяющих влияние на радиационную обстановку на орбите МКС, являются значение потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10,7 см, число Вольфа, характеризующее солнечную активность, индекс магнитной возмущенности Ар, Dst-вариация кольцевого тока, а также плотности потоков протонов и электронов, измеряемые на геосинхронном спутнике GOES-12.

Солнца на длине волны радиоизлучения Солнца на радиоизлучения Солнца на среднесуточный поток пр./см2 ср., среднесуточный пр./см2 ср., среднесуточный электронов с энергией >2 поток электронов с энергией поток электронов с энергией основанной на расчетах и основанной на расчетах и основанной на расчетах и аппаратуры, суммарная аппаратуры, суммарная аппаратуры, суммарная полученная экипажем с полученная БИ-1 с учетом полученная КЭ с учетом учетом пребывания в пребывания в транспортном пребывания в транспортном транспортном корабле при корабле при старте и спуске корабле при старте и спуске поглощенной дозы за время выхода в открытый время выхода в открытый 4,55 сГр. Эквивалентная составила 10,1 сЗв. Данные составила 13,25 сЗв.

доза составила 10,0 сЗв. по индивидуальным Индивидуальные индивидуальным поглощенная доза 6,0±0,2 ИД3-М не были доставлены поглощенная доза у КЭ 5,23±0,2сГр и у БИ- 4,6±0,2 сГр.

Применение результатов эксперимента 1. По условиям радиационной безопасности поглощенные дозы, полученные членами экипажа в экспедициях МКС-17 – МКС-19, не превышали нормы, установленные нормативными документами (Flight Rules B 14.2.2-12).

2. Экспериментальные методы и аппаратура, применяемые для контроля дозовых нагрузок на экипаж, могут использоваться не только в российском сегменте МКС, но и в других модулях и отсеках станции.

Космический эксперимент «Профилактика»

«Механизмы действия и эффективность различных методов профилактики, направленных на предотвращение нарушений двигательного аппарата в Научный руководитель: И. Б. Козловская, д-р мед. наук, член-корр. РАН Цель:

Сравнительная оценка влияния различных видов физической профилактики на работоспособность космонавта в условиях космического полета.

Выполнение:

Задачи эксперимента:

• оценка влияния профилактических тренировок (велоэргометрической, локомоторной, силовой) в условиях космического полета на физическую работоспособность космонавта, показатели кардиореспираторной системы и метаболизма, энергетическое обеспечение мышечной деятельности, структурно-функциональные показатели мышечной системы;

• оценка физиологической стоимости физических упражнений различных типов при их выполнении в условиях космического полета.

Объем выполненных работ:

Сеансы эксперимента проводились в экспедициях МКС-4 – МКС-17. Окончание программы КЭ – МКС-17.

Аппаратура:

• бегущая дорожка УКТФ (пред- и послеполетный период), TVIS (в полете);

• велоэргометр ВБ-3;

• анализатор лактата крови АККУСПОРТ;

• анализатор крови РЕФЛОТРОН;

• газоанализатор ТЕЕМ-100М;

• кардиокассета КК-2000.

Регистрируемые показатели:

• частота сердечных сокращений (ЧСС);

• данные газоанализа (VE - легочная вентиляция, VO2, - потребление кислорода);

• концентрация лактата капиллярной крови (La);

• концентрация креатинфосфокиназы каппилярной крови;

• субъективная оценка тяжести работы (СОТР).

Результаты:

Результаты эксперимента «Профилактика», проведенного в экспедициях МКС -4 – МКСпоказали, что состояние физических кондиций космонавтов имеет четко выраженные фазы. На первом этапе полета их работоспособность существенно снижается с последующим восстановлением до предполетного или близкого к нему уровня. Эта закономерность четко отражается в результатах обоих тестов. Необходимо также отметить, что стоимость локомоторной нагрузки оказывается существенно выше велоэргометрической. Это может быть связано с тем, что при выполнении бегового теста с нагрузкой, равной примерно 70% от веса тела и отсутствующей при выполнении велоэргометрии, физиологическая стоимость определяется деятельностью не только динамической, но и тонической мышечной систем, требующей существенно больших затрат на обеспечение ее деятельности.

Некоторые данные сеансов КЭ в экспедиции МКС-17 (командир экипажа и борт-инженерскороссть быстрого бега Командир экипажа Бортинженерсессия III На основании полученных экспериментальных данных проводится корректировка программы подготовки космонавтов к длительным космическим полетам. Результаты эксперимента могут использоваться полезные для спортивной медицины, подготовки летчиков гражданской авиации, для подготовки человека к работе в экстремальных условиях.

Публикации:

Popov D.V., Khusnutdinova D.R., Vinogradova O.L., Shenkman B.S., Kozlovskaya I.B.

Dynamics of physical performance during long duration space flight (first results of “Countermeasure” experiment)/ Journal of Gravitation of Physiology, 11(1): June, 2004.

«Исследование вегетативной регуляции кардиореспираторной системы Научный руководитель: Р.М. Баевский, доктор медицинских, наук Цель:

Получение новой научной информации для углубления представлений о механизмах адаптации кардиореспираторной системы к условиям длительного космического полета.

Выполнение:

Задачи эксперимента:

- исследование влияния факторов длительного космического полета на функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем космонавтов на основе использования компьютерных модификаций методов электрокардиографии, сфигмографии и пневмотахометрии;

- изучение процессов управления кардиореспираторной системой по показателям вариабельности физиологических параметров;

- оценка состояния симпатического и парасимпатического звеньев системы вегетативной регуляции кровообращения, а также активности подкоркового сердечнососудистого центра, - степень участия высших вегетативных центров (надсегментарных структур мозга) в регуляции кровообращения и дыхания.

Объем выполненных работ:

Сеансы эксперимента проводились в период МКС-5 по МКС-13 российскими членами экипажа. В эксперименте «Пульс» приняли участие 10 российских космонавтов из составов основных экипажей на МКС.

Аппаратура:

1. Комплект «ПУЛЬС», предназначенный для регистрации электрокардиограммы (ЭКГ), пневмотахограммы (ПТГ) и сфигмограммы (СФГ), включающий:

- прибор «Пульс», - устройство съема информации (УСИ) ЭКГ, - УСИ ПТГ, - УСИ СФГ, - кабель данных, 2. Бортовой компьютер и специальное программное обеспечение.

3. Сфигмоманометр ТЕНЗО ПЛЮС (из состава штатных средств РС МКС).

4. Укладка «ПУЛЬС», предназначенная для обеспечения эксперимента расходными материалами (электроды, салфетки, элементы питания, магнитные носители).

Результаты:

На основе полученных результатов разработан аппаратно программный комплекс «Пульс» для обследования населения, предназначенный для исследования вегетативной регуляции сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

В процессе обследования проводится регистрация элетрокардиограммы (ЭКГ), пневмотахограммы (ПТГ), как в покое, так и во время функциональных нагрузок.

С использованием современных математических моделей регуляции сердечно-сосудистой системы оцениваются:

текущее функциональное состояние сердечно-сосудистой системы; состояние симпатического и парасимпатического звена регуляции сердечно-сосудистой системы; резервные возможности сердечнососудистой и дыхательной систем. Аппаратно-программный комплекс комплекта «Пульс» на борту РС МКС, позволяет использовать его в медицинских целях на Земле.

Публикации:

1. J. Tank, R.M. Baevsky, A.P. Berseneva et al. Рrospects for development of novel research apparatuses for the international space station based on the experience of clinical and physiological investigations of the circulation regulating mechanisms. Симпозиум “Достижения космической медицины- в практику здравоохранения и промышленности ( Берлин, март 2001), Берлин, 2001, С.164-176;

2. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М., Медицина, 1979, 225 с 3. Баевский Р.М, Никулина Г.А, Фунтова И.И., Черникова А.Г. Вегетативная регуляция кровообращения. В кн. Орбитальная станция «Мир», т. 2, 2000, с. 36-68.

4. Баевский Р.М. Система оценки и прогнозирования состояния здоровья космонавтов и перспективы ее развития. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2001,2, 5. Баевский Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине.

Физиология человека, 2002, 2, с. 6. Баевский Р.М. Черникова А.Г. К проблеме физиологической нормы: математическая модель функциональных состояний на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2002, №5. 34- 7. Баевский Р.М. Берсенев Е.Ю., Дрешер Ю., и др. Компьютерные системы для исследования кровообращения и дыхания на борту международной космической станции. Материалы 12-й конференции по космической биологии и авиакосмической медицине. М., 2002, с.38- 8. Baranov V.M., Baevsky R.M., Drescher J., Tank J. Investigations of the cardiovascular and respiratory systems on board the international space station: Experiments “Puls” and “Pneumocard”.5 3rd Congress IAF, Houston, Oct. 9. Tank J., Baevsky R.M., Drescher J., Funtova I.I. Impact of cardiovascular research on board the international space station on the design of new medical devices, 2nd European Medical & Biological Engineering Conference EMBEC'02, Vienna, Dec. 04 - 08, 2002.

10. Baevsky R.M., Baranov V.M., Bogomolov V.V. et al. Prospects of development of the medical control automated systems at the ISS on the basis of onboard equipment “Puls”and “Pneumocard”using. Bremen, 54 IAC, 11. Baevsky R.M., Chernikova A.G. Heart rate variability analysis in evaluation of functional state in humans during long-term space flight. 14 Man in Space Symposium, Banff, Alberta, 12. Баевский Р.М. Теоретические и прикладные аспекты управления адаптационн ыми процессами в условиях длительного космического полета. Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям (материалы конференции). М., 2003, с.24- 13. Черникова А.Г., Баевский Р.М. Математическое моделирование пространства функциональных состояний по данным анализа вариабельности сердечного ритма.

Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям (материалы конференции). М., 2003, с.374 - 14. Баевский Р.М., Фунтова И.И. Анализ вариабельности сердечного ритма в исследованиях на борту Международной космической станции. Всероссийский симпозиум «Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение», Ижевск, ноябрь 15. Черникова А.Г., Баевский Р.М Математические модели функционального состояния на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Всероссийский симпозиум «Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение», Ижевск, ноябрь 16. Черникова А.Г., Баевский Р.М., Никулина Г.А., Фунтова И.И. Анализ вариабельности сердечного ритма в оценке функционального состояния человека в условиях космического полета. 19-й съезд Физиологического общества им. И.П.Павлова, Екатеринбург, сентябрь 2004 г.

17. R.M. Baevsky, I.I. Funtova, A. Diedrich, A.V. Pashenko, A.G. Chernikova, J. Drescher, V.M. Baranov, J. Tank Autonomic function testing on board the ISS – update on «Pneumocard». 58-th IAC, 15-20 Oktober 2005, Fokuoka, Japan 18. Баевский Р.М., Пащенко А.В., Фунтова И.И., Черникова А.Г. Исследование вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы в длительных космических полтах на международ-ной космической станции. Научно-практическая конференция “Компьютерная медицина”. 23-25 июня 2005, Харьков, Украина 19. Baevsky R.M., Baranov V.M., Chernikova A.G., Funtova I.I., Pashenko A.V., Tank J.

“Results of cardiorespiratory system autonomic regulation investigations during long term international space station missions: experiment “Pulse” 26-th Annual International Gravitational Physiology Meeting. Abstracts. 26 June-1 July 2005. Cologne, Germany, 20. Chernikova A.G. Heart rate variability in evaluation of functional state and types of autonomic regulation under conditions of space flight/ 26-th Annual International Gravitational Physiology Meeting. Abstracts. 26 June-1 July 2005. Cologne, Germany, p.

21. Pashchenko A.V. Astronauts autonomic regulation reserves evaluation during pre- and postflight examinations/ 26-th Annual International Gravitational Physiology Meeting.

Abstracts. 26 June-1 July 2005. Cologne, Germany, p.66.

22. Baevsky R.M,, Pashchenko A.V., Funtova I.I., Chernikova A.G. Evaluation of autonomous regulation control of cardiorespiratory system. Experiment results of space medicine at possibility it applying in practical medicine. The 3 –rd European Congress “Achievements in Space medicine into Healthcare Practice and Industry. September 28Berlin, Germany, p.24- 23. Баевский Р.М., Черникова А.Г., Фунтова И.И. Оценка функционального состояния и типа регуляции системы кровообращения в условиях космического полета по данным анализа вариабельности сердечного ритма.. 7-ая Научно-практическая конференция «Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно - сосудистой системы», 23 марта 2005 г. М., с.310-318.

24. Baevsky R.M., Baranov V.M., Chernikova A.G., Funtova I.I., Pashchenko A.V., Tank J.

Heart rate variability as indicator of cardioregulatory system. Experiment result of ISS // Proceedings of European Study Group on Cardiovascular Oscillations 2006, May 15-17, Jena, Germany.- 273 p. - P. 74- 25. Pashchenko A.V., Baevsky R.M. New method for orthostatic test evaluation based on heart rate variability // Proceedings of European Study Group on Cardiovascular Oscillations 2006, May 15-17, Jena, Germany.- 273 p. - P. 78- 26. Баевский Р.М. Баранов В.М., Пащенко А.В., Фунтова И.И., Черникова А.Г.

Исследование вегетативной регуляции кардиореспираторной системы в длительных космических полетах на международной космической станции // Космическая биология и авиакосмическая медицина. М.: Государственный научный центр РФ - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук, - 2006, 396 с.- стр.30- 27. Баевский Р.М., Баранов В.М., Пащенко А.В., Фунтова И.И., Черникова А.Г., Танк Е.

Вегетативная регуляция кардиореспираторной системы в условиях длительной невесомости // Пятый Международный Аэрокосмический Конгресс, 27-31 августа 2006 года, Тезисы докладов - стр. 213.

28. Черникова А.Г. Метод дискриминантного анализа в оценке функционального состояния космонавтов в условиях длительного космического полета. // VII международная научно-техническая конференция "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии - ФРЭМЭ 2006". Доклады. Книга II. - Владимир, Собор, 2006;

254 с. стр. 226- 29. Пащенко А.В., Фунтова И.И., Черникова А.Г., Баевский Р.М. Проблемы развития системы оценки и прогнозирования функционального состояния организма применительно к задачам медицинского обеспечения длительных космических полетов //Космическая биология и авиакосмическая медицина. М.:

Государственный научный центр РФ - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук, - 2006, 396 с.- стр.234-235.

30. Baranov V.M,.Baevsky R.M, Pashchenko A.V., Funtova I.I, Chernikova A.G., Dresher J., Tank J. Autonomous regulation of cardiovascular system in cosmonauts and prospects of researches on ISS.. 57 th IAC Congress, Valencia, Spain, 02-06 October 31. Tank J., Chernikova A.G., Baevsky R.M. Types of regulation and adaptation reactions in space flights. 5- th Symposium of Autonomic Regulation. Lissabonm Portugal, May 25Baevsky RM, Baranov VM, Funtova II, Diedrich A, Pashenko AV, Chernikova AG, Drescher J, Jordan J, Tank J. Autonomic Cardiovascular and Respiratory Control during Prolonged Space Flights aboard the International Space Station (ISS),.J Appl. Physiol.

2007 Jul;103(1):156- 33. Баевский Р.М., Охрицкий А.А., Пащенко А.В., Прилуцкий Д.А., Фунтова И.И..

Программное обеспечение полиграфа для научных исследований. Медицинская техника,2007,1, с.19-24.

34. Baevsky R.M., Pashenko A.V., Funtova I.I., Tank. J.. Нeart rate variability onboard international space station. 12th Congress of the International Society for Holter and Noninvasive Electrocardiology. Athens, Greece, June 7-9, 35. Баевский Р.М., Фунтова И.И, Черникова А.Г. Принципы построения медицинской экспертной системы для оценки донозологических состояний в длительных космических полетах. Международная конференция «Компьютерная медицина», Харьков, 14-15 сентября 2007 г.

36. Баевский Р.М, Черникова А.Г, Фунтова И.И. Анализ вариабельности сердечного ритма и оценка донозологических состояний в длительных космических полетах 5-й Всероссийский симпозиум «Медленные колебательные процессы в организме человека», Новокузнецк. 15-18 мая 2007 г 37. Баевский Р.М., Черникова А.Г., Фунтова И.И. Вариабельность сердечного ритма в оценке степени напряжения регуляторных систем и риска развития патологии у космонавтов. Шестой Всероссийский симпозиум с международным участием.

«Боевой стресс. Механизмы стресса в экстремальных условиях деятельности»

Москва, 25-28 октября 2007 г.

«Исследование влияния невесомости на процессы регенерации у биообъектов по электрофизиологическими морфологических Научный руководитель: Г. И. Горгиладзе Цель:

Оценка воздействия невесомости на структурно-функциональное восстановление поврежденных органов и тканей у животных..

Выполнение:

Задачи эксперимента:

• изучение регенерации глазных щупалец у наземных легочных улиток Helix lucorum;

• изучение регенерации целого организма из его фрагментов у ресничных червей планарий Girardia tigrina.

Работы на РС МКС:

Программа эксперимента завершена в полном объеме в период МКС-17.

Объем исследований:

- в предполетном периоде - отбор и подготовка экспериментальных объектов; подготовка контейнеров «Улитка» и «Планария» для полетных и контрольных животных;

хирургическое удаление глазных щупалец у улиток и фрагментация планарий;

- в полете - члены экипажа РС размещают контейнеры с животными в служебном модуле МКС при температуре в пределах 18-25о С; подготавливают контейнеры для возвращения в спускаемом аппарате;

- в послеполетном периоде - после возвращения животных на Землю производится фотографирование, видеосъемка, подготавливаются препараты для структурного анализа, определения элементного состава и морфологических параметров регенератов, регистрируется электроретинограмма интактных и регенерировавших глаз. Аналогичные полетным исследования проводятся на животных контрольных групп.

Аппаратура:

• контейнер «УЛИТКА»;

• контейнер «ПЛАНАРИЯ».

Результаты:

При вскрытии контейнера «Улитка» Все фрагменты планарий полетной группы 16 улиток оказалось мертвыми (25 %) и 43 оказались регенерировавшими. Во всех живыми (75 %). Из них у 25 улиток на месте случаях имело место восстановление удаленных глазных пузырьков появились недостающих частей тела. Вместо новые глазные пузырьки. В то же время они удаленных передних частей тела появились заметно уступали по своим размерам новые, а у продольно разрезанных таковым на интактных щупальцах. фрагментов регенерировали недостающие Отводимая с поверхности интактных глаз половины. У регенерировавших планарий электроретинограмма представляет собой локомоторная активность достигалась отрицательные медленные потенциалы со путем плавного скольжения либо скрытыми периодами 70-190 мс амплитудой последовательного сокращенияот 2 до 6,5 мВ. На парные световые распрямления тела на дне сосуда или на стимулы первоначальный ответ на второй поверхности воды, а также пищевые стимул восстанавливался при интервалах поведения оказались в пределах нормы.

регенерировавших глазах ЭРГ появлялась подвергнуты фиксации в 2,5 % растворе со скрытыми периодами 90-230 мс. Ее глютаральдегида на фосфатном буфере при амплитудные характеристики заметно pH=7,4 для сканирующей электронной уступали таковым интактных глаз (0,3-1 микроскопии.

стимулы восстановление ЭРГ на второй полетных и контрольных объектах стимул отмечалось при тех же интервалах предполагается завершить в течение 1-го У 4 улиток регенерировавшие РФ-ИМБП РАН аппаратуры для проведения глазные пузырьки и глазные пузырьки световой и электронной микроскопии интектных щупалец подвергнуты фиксации потребуется при соответствующем в 10 % растворе формалина для световой финансировании заключение договоров микроскопии и у 3 улиток в 2,5 % растворе подряда со специалистами из других глютаральдегида на фосфатном буфере при научных учреждений.

pH=7,4 для трансмиссионной электронной микроскопии.

Совершенствования комплекса мер по медицинскому обеспечению пилотируемых полетов.

Препаративная регенерации лежит в основе восстановления органов и тканей земных организмов после их повреждения. Увеличение продолжительности полетов и объема работ, усложнение операторских задач повышают риск несчастного случая, получения космонавтами различного рода травм, в том числе требующих хирургического вмешательства. Между тем информация, добытая в модельных опытах на животных, несомненно, окажется полезной для дальнейшего совершенствования комплекса мер по медицинскому обеспечению пилотируемых полетов.

Публикации:

1. Горгиладзе Г.И., Короткова Е.В., Тихонравова Н.М., Новоженова Ю.В. Отсутствие силы тяжести не препятствует регенерации утраченных частей тела (эксперименты на ресничных червях, брюхоногих моллюсках и хвостатых амфибиях). Материалы XIII конференции «Космическая биология и авиакосмическая медицина». К 45-детию первого полета человека в космос. 13-16 июня 2006 г., Москва, Россия. Москва, 2006. С. 81-82.

2. Горгиладзе Г.И., Короткова Е.В., Тихонравова Н.М. Регенерационная способность у планарий, экспонированных в невесомости в орбитальном полете на Международной космической станции. Материалы 5-го Международного аэрокосмического конгресса. 27августа 2006 г., Россия. Москва, 2006. С. 75-76.

3. Горгиладзе Г.И. Регенерационная способность у планарий Girardia tigrina и улиток Helix lucorum, экспонированных в невесомости в орбитальном полете на Международной космической станции. Доклады академии наук. 2008, Т. 421 № 1, С. 131– 4. Горгиладзе Г.И., Е.В. Короткова, Е.Е. Кузнецова, Л.Н. Мухамедиева, В.В. Бегров, Ю.В.

Пепеляев. Аппаратура для проведения биологических экспериментов с улитками на пилотируемых орбитальных станциях. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2010.

Т. 44. № 3. С. 61-64.

«Исследование состояния жидкостных сред организма человека в условиях длительного космического полета»

Научный руководитель: Носков В.Б., доктор медицинских наук Цель:

получение данных о состоянии жидкостных сред организма человека в условиях длительного космического полета для оценки состояния адаптационных механизмов и совершенствования мер профилактики неблагоприятного влияния невесомости применительно к условиям полета на борту Международной космической станции (МКС).

Задачи эксперимента:

1. Получение с помощью биоимпедансометрии данных о динамике жидкостных сред организма человека в условиях длительного космического полета.

2. Изучение соотношения внутриклеточного и внеклеточного объемов жидкости в условиях длительного космического полета.

3. Оценка возможности получения данных для целенаправленной коррекции уровня гидратации на различных этапах полета с целью повышения работоспособности и послеполетной ортоустойчивости космонавтов.

Выполнение:

Эксперимент проводился в период МКС-1 – МКС-12.

В эксперименте "Спрут-МБИ" приняли участие 12 российских космонавтов из составов основных экипажей на МКС, начиная с ЭО-1. В дополетном периоде у членов основного и дублирующего экипажей Космонавт во время проведения сеанса фоновый, зачетный эксперимент проводился эксперимента на занятий. Регистрация импедансометрических параметров осуществлялась в положении "лежа на спине". В послеполетном периоде эксперимент "Спрут" проводился на 1-е и 7-е сутки реабилитационного периода.

Аппаратура:

1. Комплект СПРУТ-К (импедансометр и принадлежности);

2. Комплект ГЕМАТОКРИТ (миницентрифугa М1100);

3. Измеритель массы тела бортовой ИМ-1 или медицинские весы;

4. Бортовой компьютер и специальное программное обеспечение.

Результаты:

Впервые проведена серия неинвазивных биоимпедансометрических исследований в условиях длительного пребывания космонавтов на борту МКС и определено содержание общей жидкости в внутриклеточного жидкостных секторов, а также невесомости выявлено развитие гипогидратации организма, выраженной в равномерном уменьшении жидкостных пространств, и характерные изменения состава тела. У всех 12-ти космонавтов наблюдались однонаправленные изменения, а диапазон Изменения жидкостных индивидуальных изменений во время полета был пространств и состава тела (в % весьма узок: от 5 до 10 % для разных жидкостных от фонового уровня, принятого за Новые результаты об изменении уровня гидратации сроки проведения КЭ организма и состава тела, полученные с помощью биоимпедансного анализа, хорошо согласуются с полученными ранее с применением инвазивных методик и не противоречат устоявшимся представлениям о характере адаптации водносолевого гомеостаза к условиям невесомости.

Показаны преимущества биоимпедансного анализа (БИА) для космической медицины по сравнению с другими методами из-за его безопасности и атравматичности.

Проведение биоимпедансного анализа для оперативного медицинского контроля космонавтов, в том числе водно-солевого статуса, во время длительных межпланетных экспедиций.

Публикации:

Результаты эксперимента отражены в 12 научных публикациях.

1. Носков В.Б., Ничипорук И.А. Динамика объемов жидкостных пространств организма у космонавта при длительном полете // Рос. физиол. журн. им И.М. Сеченова - 2004.

2. Николаев Д.В., Смирнов А.В., Носков В.Б. Методические вопросы биоимпедансного анализа состава тела и баланса водных секторов // В кн. Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы, М-2004, С. 105-114.

3. Носков В.Б., Ничипорук И.А., Моруков Б.В., Маленченко Ю.И. Исследование состояния жидких сред организма человека в условиях длительного космического полета // Авиакосмич. и экологич. медицина - 2005, Т. 39, № 1, С. 27 - 31.

4. Носков В.Б., Котов А.Н. Импедансометрическое исследование гидратационного статуса и состава тела при антиортостатической гипокинезии // Авиакосмич. и экологич. медицина, 2005, Т. 39, № 4, С. 41-45.

5. Носков В.Б., Котов А.Н., Моруков Б.В., Ничипорук И.А., Шаргин Ю.Г.

Биоимпедансный анализ жидких сред и состава тела в условиях непродолжительного космического полета и гипокинезии. // Физиология человека, 2006, Т. 32, № 5, с. 136Носков В.Б., Ничипорук И.А., Котов А.Н. Биоимпедансометрия состава тела и водных секторов в условиях невесомости и при е имитации. // Тезисы Х111 Конфер. по космич. биологии и авиакосмич. медицине, М - 2006, С. 223-224.

7. Носков В.Б., Николаев Д.В., Туйкин С.А., Кожаринов В.И., Грачев В.А. Портативный импедансометр для оценки жидкостных пространств организма в условиях космического полета // Медицинская техника, 2007, № 2, С. 45-47.

8. Носков В.Б., Ничипорук И.А., Григорьев А.И. Динамика жидкостных сред и состава тела в условиях длительного космического полета (биоимпедансный анализ) // Авиакосмич. и экологич. медицина - 2007, Т. 41, № 3, С. 3-7.

9. Носков В.Б., Ничипорук И.А Неинвазивное определение жидкостных секторов организма человека в условиях космического полета (эксперимент «Спрут») (В печати, в книге по МКС) 10. Noskov V.B., Kotov A.N., Morukov B.V. et al. Bioimpedance analysis of liquids and body composition under the conditions of short-term space flight or hypokinezia. // Human Physiol., 2006, Vol. 32, № 5, pp. 622-625.

11. Noskov V.B., Nikolaev D.V., Tuikin S.A. et al. A portable impedancemeter for monitoring liquid compartments of human body under space flight conditions. // Biomedical Engineering, 2007, Vol. 41, № 2, рр. 94-96.

12. Grigoriev A.I., Noskov V.B., Nichiporuk I.A. Influence of long-term space missions on hydrational status of humans (investigations aboard the International Space station) // Acta Astronautica «Исследование ростовой потенции статоконий в органе равновесия брюхоногих Научный руководитель Г.И. Горгиладзе, доктор биологических наук, проф.

Цель:

Оценка характера и динамики новообразования и роста статоконий под воздействием невесомости.

Задачи:

- изучение ультраструктуры и элементного состава статоконий;

- изучение морфометрии статоконий;

- изучение генерации и роста статоконий после извлечения из статоцистов «старых»

статоконий.

Выполнение:

Космический эксперимент «Статокония» был осуществлен за период с МКС-10 по МКС-15.

невесомости на МКС в ходе 10-ой ЭО составила 56 суток (с 28 февраля по 25 апреля 2005 г.), 11-ой ЭО – 113 суток (с 17 июня по октября 2005 г.), 12-ой ЭО – 110 суток (с декабря 2005 г. по 9 апреля 2006 г.), 13-ой ЭО – 158 суток (с 24 апреля по 29 сентября г.), 14 –ой ЭО – 93 суток (с 18 января по 21 Космонавт во время проведения сеанса апреля 2007 г.) и 15-ой ЭО – 131 сутки (с 12 эксперимента на Аппаратура:

СМ РС МКС

Результаты:

обнаружение зависимости «пробной» массы в органе равновесия от величины гравитационного поля: ее увеличение при потере веса и уменьшение в условиях повышенной весомости.

Вместе с тем этот феномен имеет адаптивный характер, проявляющийся в восстановлении нормальной картины в периоде реадаптации к Получены новые сведения по морфологии, улитками полетной группы.

элементному составу, ультраструктуре пробной массы в органе равновесия на двух видах гастропод. Выдвигается гипотеза о том, что ядра статоконий возникают в чувствительных клетках статоциста и затем импортируются в ее полость.

Установлена топография чувствительных клеток статоциста.

организации органа равновесия – статоциста H.

lucorum и P. rivulare позволяют использовать эти объекты в качестве модельных в исследованиях в области гравитационной (космической) биологии..

В ходе выполнения КЭ «Статокония» получены новые знания в области гравитационной (космической) биологии. Они дополняют наши представления о структурной организации органа равновесия; подчеркивают значимость гравитационного поля в структурной организации органа равновесия. Установленный факт увеличения «пробной» массы в органе равновесия в орбитальном полете должен быть учтен при разработке стратегии медицинского обеспечения длительных пилотируемых космических полетов.

Публикации:

Результаты эксперимента отражены в 6 научных публикациях.

1. Букия Р.Д., Тактакишвили А.Д., Каландаришвили Э.Л.. Горгиладзе Г.И. // Морфологические особенности клеточных элементов статоциста наземной легочной улитки Helix lucorum. Известия АН Грузии. Серия биологическая. А.

2. Горгиладзе Г.И., Букия Р. Д., Давиташвили М.Т. и др. Деструктивное влияние повышенной силы тяжести на инерционную массу в статоцитстах Helix lucorum. // Доклады АН. 2006. Т. 406, № 3 С. 416-418.

3. Горгиладзе Г.И., Букия Р.Д., Козырев С.А., Каландаришвили Э. Л. и др.

Структурно-функциональная организация статоциста Helix lucorum в норме и в условиях изменяющегося гравитационного поля. // Материалы XIII конференции «Космическая биология и авиакосмическая медицина». К 45-детию первого полета человека в космос. 13-16 июня 2006 г., Москва, Россия. Москва. 2006. С. 81-82.

4. Горгиладзе Г.И., Букия Р.Д., Козырев С.А., Каландаришвили Э. Л. и др.

Структурно-функциональная организация статоциста Helix lucorum в норме и в условиях изменяющегося гравитационного поля. // Материалы XIII конференции «Космическая биология и авиакосмическая медицина». К 45-детию первого полета человека в космос. 13-16 июня 2006 г., Москва, Россия. Москва. 2006. С. 81-82.

5. Горгиладзе Г.И., Букия Р.Д., Давиташвили М.Т. и др. Морфологические особенности статоконий в статоцистах наземной легочной улитки Helix lucorum. // Бюлл. экспер..биол. и мед. 2009. (В печати).

6. Букия Р.Д., Горгиладзе Г.И., Тактакишвили А.Д., Каландаришвили Э.Л. и др.

Световая и электронная микроскопия клеточных элементов в статоцистах наземной легочной улитки Helix lucorum. // Известия РАН. Серия биологическая. 2010. (В

4. ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ

5. ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

«Изучение потоков быстрых и тепловых нейтронов»

Научный руководитель: И.Г. Митрофанов, д.ф.-м.н.

Цель:

Решение как фундаментальных астрофизических, так и прикладных проблем практической космонавтики:

1. исследование пространственной неоднородности и временной переменности нейтронного альбедо атмосферы Земли под воздействием солнечных и галактических космических лучей;

2. исследование потоков высокоэнергичных нейтронов от мощных солнечных вспышек;

3. исследование радиационного фона нейтронов в окрестности МКС в различных условиях полета;

4. отработка методов регистрации заряженных и нейтральных частиц на борту МКС для последующих этапов КЭ «БТН-Нейтрон» и других будущих экспериментов.

Объектом исследования в КЭ являются потоки нейтронов (в диапазоне от 0,4 эВ – МэВ) и гамма-лучей (в диапазоне от 0,3 кэВ – 15 МэВ) на внешней РС МКС с помощью пропорциональных гелиевых счетчиков и сцинтилляционных детекторов.

Выполнение:

Аппаратура для КЭ была доставлена на МКС в составе грузов ТГК “Прогресс – М58“ в конце октября 2006 г.

Первое включение аппаратуры было выполнено 26.02.2007г.

Передаваемая 1 – 2 раза за сутки с борта МКС информация КЭ “БТН-Нейтрон“ поступает на хранение в ЦУП-М в базу данных Информационно-Справочной Системы и Базы Данных Космических Экспериментов РС МКС.

Обработка научных данных эксперимента “БТН-Нейтрон“ производится в ИКИ РАН участниками научной группы эксперимента.

Аппаратура:

Бортовой телескоп нейтронов БТН-М1.

Структурная схема научной аппаратуры БТН-М1 КЭ «БТН-Нейтрон» показана на рисунке Рис. Структурная схема научной аппаратуры БТН-М Результаты По данным КЭ, накопленным за период с 26.02.2007 по ноябрь 2011 года экспериментально оценены спектры потока нейтронов снаружи МКС для энергий от кадмиевого порога ~0.4 эВ до 10 МэВ, хорошо согласующиеся с результатами других КЭ.

Эксперимент необходимо продолжать для получения данных в период нарастания солнечной активности текущего цикла, для которых измерения, сделанные в отчетный период, будут необходимы в качестве опорных измерений фона.

Построены карты распределения потоков нейтронов для разных энергий на орбите МКС, которые свидетельствуют о том, что поток нейтронов на станции значительно варьируется в зависимости от е географического положения, что особенно ярко проявляется при пролете над Южной Атлантической магнитной аномалией (ЮАМА).

Карта распределения потоков нейтронов в энергетическом диапазоне от 0.4 эВ до кэВ. Цветовая шкала показывает скорость счета нейтронов.

Сделаны оценки скорости накопления доз вне гермоотсеков МКС от нейтронов, которые, в зависимости от географического положения МКС, варьируются от 0.2 мЗв/час (в экваториальной зоне) до 5 мЗв/час (в области Южно-атлантической магнитной аномалии, ЮАМА). Эти данные сопоставлены с данными подобного японского эксперимента BBND и показали хорошее согласие с учетом различного уровня активности Солнца в указанных КЭ.

Карта оценки мощности нейтронной компоненты радиационной дозы вне СМ РС МКС Выполнены исследования деградации кристаллов перспективных гаммасцинтилляторов, показана применимость кристаллов LaBr3 :Ce и LaCl3 :Ce для использования в будущих космических приложениях из-за низкой собственной наведенной активности и малой деградации спектрометрических свойств.

Проведен анализ изменения потоков нейтронов, обусловленного глобальным трендом (нарастанием) ГКЛ из-за низкой солнечной активности. Представляется важным дальнейшее изучение вариаций потоков нейтронов в начале и максимуме текущего солнечного цикла. Отчетный период был продолжением периода минимума 11-летнего 23-го цикла солнечной активности и измерения за этот интервал времени важны как данные фоновых измерений, которые будут использоваться при обработке результатов измерений для будущих периодов полета - в начале и на подъеме 24-го солнечного цикла.

Начата работа по регистрации космических гамма-всплесков и других переменных явлений (например, источников типа мягких повторяющихся гаммавсплесков) в гамма диапазоне.

Профиль скоростей темпа счта рентгеновского детектора для Солнечной вспышки, Космический эксперимент «БТН-Нейтрон» по научно-техническому уровню соответствует лучшим достижениям нейтронной физики в области космоса. С учтом его уникальности как единственного активного эксперимента (с регулярной передачей данных на Землю) по измерению нейтронов на МКС, получаемые результаты можно оценить как наилучшие достижения мирового уровня.

Экспериментально подтвержден эффект увеличения потока нейтронов, вызванный нарастанием потока галактических космических лучей в период спада солнечной активности. Полученный результат находится в хорошем согласии с результатами измерения потоков нейтронов на орбите Марса и сети нейтронных мониторов на Земле.

Полученные к настоящему времени результаты совместно с данными будущих измерений позволят полностью выполнить поставленные задачи по построению радиационной обстановки вне КА для периодов активного и пассивного Солнца и построению инженерной модели нейтронного альбедо Земли. Результаты могут применяться для построения модели нейтронной радиационной обстановки на околоземных и межпланетных космических пилотируемых комплексах.

Исследованные на радиационную стойкость в ходе эксперимента сцинтилляторы применяются в настоящее время в научной аппаратуре создаваемой в ИКИ РАН. Так, по результатам изучения радиационной деградации сцинтилляционных кристаллов на основе галогенидов лантана, кристалл LaBr3 :Ce3+ используется для регистрации гамма-квантов в приборе НС ХЕНД для российского межпланетного космического аппарата «ФобосГрунт» и прибора МГНС для меркурианского космического аппарата ESA «BepiColombo». Такие же кристаллы предложено использовать в гаммаспектроскопическом тракте аппаратуры «БТН-М2» КЭ «БТН-Нейтрон-2».

Публикации:

V.I Tretyakov et. al., 40th Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, Texas, USA, March 23–27, 2009, # 1292;

Третьяков В.И., Митрофанов И.Г. и др. «Космические исследования», (принята в печать 28 августа 2008 г.) Третьяков В.И. и др., Космический эксперимент «БТН-Нейтрон» на борту служебного модуля «Звезда» Международной космической станции, 7-ая международная конференция «Пилотируемые полеты в космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок, Россия, [русск.] Вострухин А.В., и др. Создание и использование информационнотелекоммуникационного центра и базы данных коллективного пользования по результатам космических экспериментов в области ядерной планетологии для подготовки пилотируемых межпланетных полетов, 7-ая международная конференция «Пилотируемые полеты в космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок, Россия, [русск.] Малахов А.В. и др. Наземный сегмент для обеспечения получения, хранения и обработки данных научного эксперимента «БТН-Нейтрон» на служебном модуле «звезда»

Международной космической станции, 7-ая международная конференция «Пилотируемые полеты в космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок, Россия, [русск.] Мокроусов М.И. и др. Разработка, создание и летные испытания аппаратуры БТН-М1 для проведения космического эксперимента «БТН-Нейтрон» на борту Международной космической станции, 7-ая международная конференция «Пилотируемые полеты в космос», 14-15 ноября 2007 г., Звездный Городок, Россия, [русск.] V.I Tretyakov; A. S. Kozyrev; M.L. Litvak, et. al., Comparison of neutron environment and neutron component radiation doze for space around Earth and Mars from data from instrument HEND/Mars Odyssey and BTN/ISS, 40th Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, Texas, USA, March 23–27, 2009, # 1292. [англ.] 6. Третьяков В.И., Митрофанов И.Г. и др. Начало первого этапа космического эксперимента «БТН-Нейтрон» на борту Российского сегмента Международной космической станции, ж-л «Космические исследования», принята в печать 28 августа г. [русск.] 7. Мокроусов М.И., и др., Аппаратура БТН-М1 для научного космического эксперимента «БТН-Нейтрон» на Российском сегменте Международной Космической Станции Публикации 2011 года 1. Принята к печати в журнал «Космические исследования» (дата публикации – январь 2010 года) статья с описанием целей и задач КЭ «БТН-Нейтрон», аппаратуры и первыми результатами КЭ.

2. Подготовлена и направлена в редакцию журнала «Planetary Space Science» статья с результатами измерения тренда космических лучей по данным измерений НА «БТН-М1»

и российского прибора ХЕНД на борту КА НАСА «Марс Одиссей».

6. КОСМИЧЕСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Научный руководитель: Г.Я. Щербаков, д.м.н.

Постановщик: ОАО «Биопрепарат», г. Москва Цель:

изучение возможности получения биологически активного пробиотического препарата непосредственно на борту МКС с последующим изучением его характеристик в наземных условиях Проведение КЭ «Биоэмульсия» в 2011 году Целью эксперимента «Биоэмульсия» в период МКС-27 (2011 г.) являлось комплексное изучение пробиотических свойств кисломолочного продукта «Витафлор»

(на основе Lactobacillus acidophilus штаммы Д № 75 и Д № 76), полученного в условиях космического полета.

Эксперимент является повторением КЭ «Биоэмульсия» в период МКС – 24. Засев и выращивание лактобацилл осуществлялось на борту МКС членами экипажа.

Инокулятом служила водная суспензия, приготовленная из лиофилизированной культуры L. acidophilus «Витафлор» в наземных условиях /7/. До начала эксперимента инокулят ( мл суспензии клеток м.о.) находился в доставленном на борт МКС шприце-дозаторе «Посевная культура» в бортовом холодильнике при температуре 5-6 о С. Исходная концентрация L.acidophilus в инокуляте составляла 2,5 х 10 8 КОЕ/мл.

Культивирование пробиотических лактобацилл проводили в биореакторе закрытого типа в питьевом молоке с добавлением ауторегуляторов роста микроорганизмов « Актофлор-С».

Особенностью данного эксперимента являлось то, что впервые засев биореактора и выращивание ацидофильных лактобацилл осуществлялось на борту МКС членами экипажа.

Результаты Полученные в 2011 году результаты свидетельствуют о принципиальной возможности проведения загрузки биореактора жидким посевным материалом для получения в нем конечного лечебно-профилактического пробиотического продукта в условиях космического полета силами экипажа.

Полученные в сменном герметичном биореакторе результаты по культивированию лактобацилл в условиях космического полета позволили наметить дальнейший ход исследований, направленных на изучение возможности увеличения числа технологических операций (помимо зарядки биореактора посевным материалом), осуществляемых экипажем.

В связи с этим, на повестку дня был поставлен вопрос о разработке принципиально новой инновационной технологии получения на борту космического корабля пробиотического кисломолочного продукта, обладающего иммунномодулирующими свойствами.

Инновационная технология является разовой, малостадийной (всего 3 стадии), не требует использования сложного оборудования. Все стадии адаптированы для выполнения в условиях космического полета.

Инновационная технология запатентована (Патент РФ № 2425576 от 10.08.2011 г) и апробирована в наземных условиях. Полученный по данной технологии кисломолочный продукт в полной мере обладает всеми пробиотическими свойствами, присущими препарату «Витафлор».

В настоящее время в рамках осуществления КЭ «Биоэмульсия» запланировано проведение ряда экспериментов по апробации данной технологии непосредственно в процессе осуществления космического полета.

Данная работа планируется к осуществлению на борту МКС в течение 2012 г. на гибридизаторе, входящем в комплект аппаратуры «Конъюгация».

Публикации:

Щербаков Г.Я., Украинцев А.Д., Крашенинникова Т.К, Лаврикова В.В., Гуреева Е.А., Кузнецов В.Н., Предполетные испытания аппаратуры «Биоэмульсия», предназначенной для культивирования микроорганизмов, Шестая Международная научно-практическая конференция «Пилотируемые полеты в космос», Москва 2005 г.

Космический эксперимент «Биодеградация»

«Начальные этапы биодеградации и биоповреждений в условиях космоса»

Научный руководитель: Т.А. Алехова Постановщик: Биологический факультет МГУ Цель:

Разработка методов обеспечения биологической безопасности космических, авиационных, подводных и других гермозамкнутых обитаемых аппаратов на основе исследований начальных этапов колонизации различными микроорганизмами поверхностей конструкционных материалов (образование биоплнок).

Задачи:

Изучение начальных этапов колонизации поверхностей конструкционных материалов;

Изучение характера повреждений материалов;

Выделение и идентификация микроорганизмов-деструкторов;

Исследование динамики видового состава и численности микроорганизмов;

Создание и поддержание музея культур специфических деструкторов конструкционных материалов;

Прогнозирование стойкости конструкционных материалов к биодеструкции;

Исследование дополнительной нагрузки на системы жизнеобеспечения за счет токсикологической компоненты, обусловленной жизнедеятельностью микроорганизмов деструкторов;

Разработка защитных мер.

Выполнение:

Эксперимент проводится на РС МКС, начиная с экспедиции МКС-5 (2002г.), по настоящее время. Места забора проб были согласованны с различными подразделениями РКК «Энергия»: материаловедами, проектантами, СОЖ. На протяжении всего эксперимента основные места отбора проб остаются неизменными, что позволяет проследить динамику микробного населения определенных точек. Наземная часть эксперимента – моделирование биокоррозии конструкционных материалов.

Обработка результатов:

Обработку полученных образцов проводят на Биологическом факультете МГУ им. М.В.

Ломоносова по возможности в день получения материала. Выделение микромицетов ультрафиолетовыми лампами методом посева на агаризованые питательные среды. Все действия проводятся с соблюдением стерильности.

Для интегральной оценки биоповреждений материалов применяется растровая электронная микроскопия.

Аппаратура:

Специальная укладка “Биопробы” для проведения микробиологических исследований на РС МКС.

Результаты:

Всего выделено около 30 технофилов, Обоснован вывод – для реальных условий эксплуатации опасная глубина поражения гермокорпуса не может быть достигнута ранее 30 лет.

В результате проведения космического эксперимента «Биодеградация» с использованием укладки «Биопробы» на РС МКС за 19 циклов в периоды МКС-5 – МКС 28 на РС МКС (с октября 2002 по сентябрь 2011), микроорганизмы, в те или иные сроки, были выявлены на поверхности конструкционных материалов во всех 20 точках выбранных для взятия проб с помощью основных пробозаборников.

Выявленные микроорганизмы были представлены эукариотами – плесневые грибы и дрожжи, и прокариотами – бактерии. Всего выделен 63 вид различных микроорганизмов: 42 вида плесневых грибов; 2 дрожжевых грибов и 19 бактерий.

Мицелиальные грибы относились к 15 родам. Среди грибов самым распространенными были дрожжевой гриб Rhodotorula glutinis и мицелиальный гриб Penicillium chrysogenum Довольно часто встречались Aspergillus versicolor, A. niger, A.

sydowii, A. flavus, Penicillium aurantiogriseum Прокариоты принадлежали 13 родам бактерий и 3 родам актиномицетов Noccardia, Streptomyces, Geodermatophilus. Среди бактерий самым распространенным оказался вид Bacillus subtilis. Довольно часто встречались Micrococcus luteus, Micrococcus roseus, Nocardia asteroides, Myxococcus fulvus Общее количество выявленных видов и количество колоний сильно варьировало в ходе проведения эксперимента и изменялось волнообразно.

Наиболее загрязненные точки, на разных этапах эксперимента, оставались практически постоянны. Это точки 9 – СКВ - 1 панель 204; 11 – Раструб вент. ВВПрК за панелью 129 и точка 7 – Иллюминатор 26 Прк 1 пл.

Наиболее обильные виды на протяжении космического эксперимента также были также постоянны. Из грибов это в первую очередь Penicillium chrysogenum, несколько реже обильно были представлены Aspergillus flavus, P. variabile, Rhodotorula glutinis. Из бактерий обильно и постоянно был представлен род Bacillus.

Все выделенные виды микроскопических грибов это космополиты с естественным резервуаром в почве, но освоившие также субстраты, связанные с деятельностью человека – технофилы, способные вызывать биоповреждения различных полимерных материалов и ускорять коррозию металлов. Кроме того, представители рода Aspergillus, и многие виды из рода Penicillium являются токсинообразоватилями и условными патогенами, их споры могут быть причиной аллергических заболеваний.

Роды бактерий, к которым отнесены исследованные штаммы, широко распространены в почвах, на поверхности растений и в воздухе. Миксобактерии и бациллы обладают гидролитическими ферментами и способны разлагать такие полимеры, как целлюлоза и некоторые полисахариды, что может способствовать разрушению конструкционных материалов МКС.

В целом, численность колониеобразующих единиц на исследованных конструкционных поверхностях Российского сегмента МКС довольно низкая и их можно считать мало заселенными микроорганизмами-деструкторами.

Публикации Результаты эксперимента отражены более чем в 20 научных публикациях. Получен патент на изобретение.

Список работ опубликованных и подготовленных к печати по результатам КЭ «Биодеградация» в 2011 году 1. Алехова Т.А., Александрова А.В., Лысак Л.В., Загустина Н.А., Новожилова Т.Ю., Романов С.Ю. Разнообразие микроорганизмов в гермозамкнутом объеме Российского сегмента международной космической станции // В кн.: Микология сегодня. Т. 2. Под ред. Дьякова Ю.Т., Сергеева Ю.В. М.: Национальная академия микологии, 2011. С. (В печати) 2. Алехова Т.А., Александрова А.В. и др., «Контроль РЭМ в разработке имитационной модели биокорозионного процесса в конструкционных алюминий-магниевых сплавах», Материалы XVII Российского симпозиума по растровой и электронной микроскопии и аналитическим методам исследования тврдых тел, 2011 г.

3. Alekhova T., Alexandrova A., Vorobyova E. and oth., “Monitoring of internal environment and microbial biodamage on the board of space stations”, Materials of European Low Gravity Research Association ELGRA Symposium, 2011.

Научный руководитель Г.Я. Щербаков, д.м.н., профессор Цель: Получение кристаллов белка – кандидата в вакцины против вируса иммунодефицита человека (ВИЧ-1) в условиях микрогравитации с целью определения атомной структуры высокого разрешения.

Объект исследования:

Рекомбинантный искусственный белок TBI, содержащий 4 Т- и 5 И- клеточных нейтрализующих эпитопов вируса иммунодефицита человека 1 (T- and B-cell epitipe containing Immunogen).

Выполнение:

В период 2004- 2008г проведены предполетная подготовка и летные эксперименты КЭ «Вакцина-К» в количестве 6 сеансов (МКС -9 – МКС-17). Реализация каждого сеанса КЭ по кристаллизации осуществляется в несколько этапов:

- предполетная подготовка биокристаллизатора (регламентные работы);

- предполетная подготовка препаратов (белки и наборов реактивов);

- подбор условий кристаллизации с использованием стандартных наборов реактивов;

- подбор условий кристаллизации в рабочей аппаратуре;

- заправка биокристаллизационных кассет;

- проведение сеанса эксперимента на орбите;

- предварительная оценка качества выросших кристаллов и отбор качественных кристаллов для дальнейшей работы.

Аппаратура:

Универсальная биокристаллизационная кассета (УБК) «Луч-2» производства НПП «БиоТехСис»

предназначена для выращивания монокристаллов биологических препаратов методом диализа через полупроницаемую мембрану или комбинированным методом диализа и диффузии через газообразное состояние. Оба реализуемых в УБК «Луч-2» метода направлены на постепенное изменение концентрации осаждающего агента в камерах с раствором биологического препарата с целью достижения условий образования его монокристаллов.

кристаллизационных ячеек при разборке УБК проводилась на оптическом бинокулярном микроскопе Carl Zeiss, Jena (Германия). Микровидеосъемка в поляризованном свете и предварительный отбор кристаллов осуществлялись с помощью оптического бинокулярного микроскопа МПСУ-1 (ЛОМО, СССР) и видеокамеры графической станции INDY (Silicon Graphic, США).

Результаты В условиях микрогравитации вырашены кристаллы белка TBI стержнеобразной, трубчатой формы или без определенной огранки с максимальным размером около 200 мкм при наличии аморфного осадка.

Выращенные кристаллы в 1,5-2 раза превосходят аналогичные кристаллы, выращенные в контрольных наземных экспериментах.

Проведенные предварительные рентгено-структурные исследования наиболее крупных кристаллов белка TBI (Вакцина-К) показали их непригодность для получения набора дифракционных данных.

Исследования необходимо продолжать с применением специальных методов кристаллизации, невозможных в условиях космического полета на МКС в целях создания нового поколения лекарственных и профилактических препаратов против иммунодефицита человека (ВИЧ-1).

Космический эксперимент «Интерлейкин-К»

Научный руководитель Г.Я. Щербаков, д.м.н., профессор Получение высококачественных кристаллов интерлейкинов – 1, 1 и рецепторного антагониста интерлейкина-1..

Объект и область исследований:

Генно-инженерный белок интерлейкин-1 (ИЛ-1). Семейство молекул интерлейкина- включает три белка, имеющих структурную гомологию на 25%. Эти белки играют существенную роль в регуляции множества функций организма. При этом ИЛ-1 и ИЛ- являются агонистами, в то время как белок рецепторный антагонист ИЛ (РАИЛ) – антагонистом многих функций этих молекул.

Выполнение:

В период 2003- 2008г проведены предполетная подготовка и летные эксперименты КЭ «Интерлейкин-К» - 8 сеансов (МКС-7 – МКС-17). Реализация каждого сеанса КЭ по кристаллизации осуществляется в несколько этапов:

- предполетная подготовка биокристаллизатора (регламентные работы);

- предполетная подготовка препаратов (белки и наборов реактивов);

- подбор условий кристаллизации с использованием стандартных наборов реактивов;

- подбор условий кристаллизации в рабочей аппаратуре;

- заправка биокристаллизационных кассет;

- проведение сеанса эксперимента на орбите;

- предварительная оценка качества выросших кристаллов и отбор качественных кристаллов для дальнейшей работы.

Аппаратура:

Универсальная биокристаллизационная кассета (УБК) «Луч-2» производства НПП «БиоТехСис» предназначена для выращивания монокристаллов биологических препаратов методом диализа через полупроницаемую мембрану или комбинированным методом диализа и диффузии через газообразное состояние. Оба реализуемых в УБК «Луч-2» метода направлены на постепенное изменение концентрации осаждающего агента в камерах с раствором биологического препарата с целью достижения биокристаллизационной кассеты условий образования его монокристаллов. «Луч-1» (справа).

кристаллизационных ячеек при разборке УБК проводилась на оптическом бинокулярном микроскопе Carl Zeiss, Jena (Германия). Микровидеосъемка в поляризованном свете и предварительный отбор кристаллов осуществлялись с помощью оптического бинокулярного микроскопа МПСУЛОМО, СССР) и видеокамеры графической станции INDY (Silicon Graphic, США).

Результаты:

В условиях микрогравитации выращены плоские кристаллы ИЛ-1 неправильной формы с максимальным размером около 60х150 мкм при наличии аморфного осадка.

Полученные кристаллы в 1,5 -2 раза превосходят аналогичные кристаллы, выращенные в контрольных наземных экспериментах.

Проведенные предварительные рентгено-структурные исследования наиболее крупных кристаллов белка ИЛ- показали их непригодность для получения набора дифракционных данных.

Для продолжения исследований необходимо оптимизировать условия кристаллизации белка ИЛ в наземных условиях. Установление точной структуры ИЛ позволит разработать новые фармакологические подходы к производству биологически активных веществ (БАВ) и нового поколения лекарственных, профилактических и диагностических препаратов..