Виртуальный тренер

Виртуальный тренер
Шифр эксперимента: Виртуальный тренер
Направление НПИ: 3. Человек в космосе
Секция КНТС: Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Влияние различных факторов физической тренировки в условиях космического полета на физическую работоспособность человека
Цель эксперимента: Математическое моделирование уровня физической работоспособности человека под влиянием различных факторов физической тренировки в условиях невесомости

Сопроводительные документы:

Описание эксперимента:

Целью проведения КЭ является расширение знаний о физиологических механизмах действия различных параметров физической тренировки в условиях космического полета на физическую работоспособность человека для построения математической модели, которая может лечь в основу системы поддержки принятия решения для сопровождения тренировочного процесса в автономном космическом полете.

Эксперимент выполняется в 2 этапа.

В ходе реализации КЭ на первом этапе решаются следующие задачи:

- определение влияния на уровень физической работоспособности величины осевой нагрузки в локомоторной тренировке (60%, 70% и 80% от веса тела).

- определение влияния на уровень физической работоспособности вклада доли пассивного режима в локомоторной тренировке (30% и 40% от общего локомоторного объема).

- оценка информативности тестов на определение уровня физической работоспособности человека.

В ходе реализации КЭ на втором этапе дополняются следующие задачи:

- определение влияния на уровень физической работоспособности силовых тренировок (исходный и увеличенный на 10 % объем нагрузки).

- влияние изменения концентрации углекислого газа в СМ МКС за период выполнения локомоторной нагрузки на метаболизм человека.

- ответ физиологических систем на резистивную нагрузку в процессе выполнения упражнений.

- сбор данных для создания математической модели изменения уровня физической работоспособности человека в условиях длительного космического полета.

Объектом исследования являются российские члены экипажей длительных (не менее 4 месяцев) экспедиций МКС. Участие космонавтов в КЭ осуществляется на основе добровольного информированного согласия, подписанного заинтересованными сторонами.

Объем исследований:

На первом этапе планируется обследование не менее 3 человек.

Космический эксперимент проводится до КП, во время КП и после завершения КП.

Всего 34 тестирований: до КП тестирования проводятся за 60 и 30 дней до старта: 2 тестовых сессии по 3 теста. В КП 5 тестовых сессий по 4 тестирования – всего 20 тестов. После КП на 5-8-е и 12-15-е сутки – 8 тестов.

Для успешной реализации КЭ в предполетном периоде за 90-60 дней до старта космонавтам необходимо выполнить 3 силовые и 3 локомоторные ФТ под руководством специалистов ИМБП (предварительное согласие от ЦПК получено).

Весь тренировочный процесс в полете условно делится на 5 экспериментальных периодов. Длительность 1-го и 5-го периода будет составлять 28 суток, длительность 2-го, 3-го и 4-го экспериментальных периодов будет составлять 36 дней. ФТ на бегущей дорожке будут выполняться в соответствии с рекомендованными протоколами БД по 1-му, 2-му и 3-му дню, 4-й день тренировочного микроцикла тренировка будет выполняться по личному протоколу. ФТ на тренажере ARED будут выполняться через день на 2-й и 4-й день тренировочного микроцикла. ФТ на велотренажере бортовом «ВБ-3М» будут выполняться на 1-й и 3-й день в соответствии с микроциклом БД. Оценка механизмов срочных эффектов адаптации на физическую нагрузку будет выполняться по ответу ЧСС на локомоторную тренировку в 4-й день тренировочного микроцикла. Для определения долговременной адаптации к физическим нагрузкам в условиях КП в конце каждого экспериментального периода будет выполняться тестовая сессия, включающая 4 теста: локомоторный тест со ступенчато возрастающей нагрузкой (под контролем ЧСС, эргоспирометрией и уровня лактата), силовое тестирование (с контролем АД на первом этапе, с контролем АД и ЧСС на втором этапе) и велоэргометрический тест PWC-170 (под контролем ЧСС, эргоспирометрией и уровня лактата, тест МО-3 (под контролем ЧСС, эргоспирометрией и уровня лактата). Все ФТ в КЭ «ВИРТУАЛЬНЫЙ ТРЕНЕР» будут выполняться с обязательным контролем ЧСС. Экспериментальные периоды 2, 3, 4 будут чередоваться в разной последовательности у разных испытуемых для нивелирования влияния этапа полета.

Эксперимент условно будет разделен на 2 этапа, на втором этапе планируется привлечение ARED, а также, включение в состав НА модернизированного прибора «Метабол-М» и костюма «Тестер» для регистрации физиологических параметров.

Научная аппаратура, привлекаемая для проведения КЭ:

- комплекс «Метабол»

Оборудование МКС, привлекаемое для проведения КЭ:

- бегущая дорожка БД-2;

- ТНК-1У-М;

- комплект «Кардиокассета-2010» КМ09.250.00.00;

- велотренажер бортовой «ВБ-3М»;

- комплект «Лактат-2» Xm2.893.649;

- комплект «ИАД-2010»;

- компьютер медицинского обеспечения;

- ARED(порядок использования российского оборудования при выполнении тренировок на тренажере будет проработан совместно с РКК «Энергия»)

Расходные материалы, необходимые для проведения КЭ:

- укладка «КК-2010. КРМ»;

- укладка «Лактат-2. КРМ»;

- укладка «ИАД-2010. КЭП».

- укладка «Метабол-КРМ»

Научная информация, полученная в ходе КЭ, передается на Землю по каналам связи РСПИ (ОСА).

Примечание

В зависимости от особенностей КЭ допускается исключать или вводить в исходные данные по КЭ другие разделы.

Новизна эксперимента: До настоящего времени разработка автоматизированного подхода к построению системы физических тренировок на борту МКС не выполнялась
Научная аппаратура:

Комплекс НА должен обеспечивать:

- отбор проб из выдыхаемого воздуха со средней скоростью 50 мл/мин.;

- определение концентрации кислорода (О2) в пробе выдыхаемого воздуха в диапазоне от 0 до 96 % с абсолютной погрешностью не более ±1 %;

- определение концентрации углекислого газа (СО2) в пробе выдыхаемого воздуха в диапазоне от 0 до 20 % с абсолютной погрешностью не более ±0,2 %;

- определение потока выдыхаемого воздуха в диапазоне от 0 до 200 л/мин. с относительной погрешностью не более ±3 %;

- автоматическую калибровку каналов измерения О2, СО2 и автоматическую установку нуля канала измерения потока.

 - время отклика системы измерения параметров не должно превышать 9 сек. (в среднем 3 дыхательных цикла).

 - газоанализатор «Метабол-М» должен обеспечивать определение концентрации О2 и СО2 в окружающей среде с абсолютной погрешностью не более ±1 % и ±0,2 % соответственно.

- комплекс должен обеспечивать аналого-цифровое преобразование измеряемых параметров запись данных на носитель информации          «Метабол-М.Данные».

- подключение носителя информации «Метабол-М. Данные» к газоанализатору «Метабол-М» должно осуществляться по USB-интерфейсу.

- укладка «Метабол-М. КРМ» должна содержать комплектующие изделия индивидуального использования
Ожидаемые результаты:

В ходе эксперимента предполагается получить данные о влиянии различных факторов ФТ на уровень работоспособности членов экипажей длительных космических миссий. На основании анализа полученных данных будет построена математическая модель, которая будет использована для автоматического построения системы тренировок в длительных межпланетных полетах.

Кроме того, полученные результаты составят научную базу совершенствования рабочих и профилактических режимов ФТ на борту МКС
Сроки проведения: 2019-2024 гг.
Состояние эксперимента: Новый
Организация постановщик: ИМБП РАН
Научный руководитель: Фомина Е.В., ИМБП РАН, в.н.с., доктор биологических наук, доцент
Публикации по эксперименту:

1.        Козловская, И.Б., Пестов И.Д., Егоров А.Д. Система профилактики в длительных космических полетах // Авиакосм. и экол. мед. 2008. Т. 42, № 6. C. 66–73.

2.        Фомина Е.В., Лысова Н.Ю., Чернова М.В., Хустнудинова Д.Р., Козловская И.Б. Сравнительный анализ профилактической эффективности различных режимов локомоторных тренировок в условиях космического полета // Физиология человека. 2016. Т. 42, № 5. С. 84-91.

3.        Степанцов, В.И., Тихонов М.А., Еремин А.В. Физическая тренировка как метод предупреждения гиподинамического синдрома // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1972. Т. 6. № 4. С. 64–68.

4.        Фомина Е.В., Лысова Н.Ю., Савинкина А.О. Осевая нагрузка при выполнении локомоторных тренировок в условиях невесомости как фактор эффективности профилактики гипогравитационных нарушений // Физиология человека. – 2018. – Т. 44, № 1. –С. 84-91.

5.        Кукоба Т.Б., Фомина Е.В. Аксиальное нагружение различной интенсивности при резистивной тренировке космонавтов как метод профилактики гипогравитационных нарушений // Авиакосм. и экол. мед. – 2017. – Т. 51, № 1. – С. 18–24.

6.        Фомина Е.В., Лысова Н.Ю. Регрессионная модель как основа индивидуального подхода к построению системы профилактики неблагоприятного влияния невесомости // Авиакосмическая и экологическая медицина, 2018, T. 52, № 2, С. 16-23.

7.        Козловская И.Б., Егоров А.Д., Сонькин В.Д.. Некоторые подходы к системе профилактики для марсианской экспедиции / // Физиология человека, 2010, Т. 36, № ,. С. 12–18.

Последнее обновление: 01.07.2019
Задачи эксперимента:

В ходе реализации КЭ на первом этапе решаются следующие задачи:

- определение влияния на уровень физической работоспособности  величины осевой нагрузки в локомоторной тренировке (60%, 70% и 80% от веса тела).

- определение влияния на уровень физической работоспособности  вклада доли пассивного режима в локомоторной тренировке (30% и 40% от общего локомоторного объема).

- оценка информативности тестов на определение уровня физической работоспособности человека.

 В ходе реализации КЭ на втором этапе дополняются следующие задачи:

- определение влияния на уровень физической работоспособности  силовых тренировок (исходный и увеличенный на 10 % объем нагрузки).

- влияние изменения концентрации углекислого газа в СМ МКС за период выполнения локомоторной нагрузки на метаболизм человека.

- ответ физиологических систем на резистивную нагрузку в процессе выполнения упражнений.

- сбор данных для создания математической модели изменения уровня физической работоспособности человека в условиях длительного космического полета
Постановщики эксперимента: Лысова Н.Ю., ИМБП РАН, кандидат биологических наук
Страна: Россия