RU2757577C1 - Способ гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях невесомости и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к способу и устройству гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях невесомости. Способ включает периодическое экстракорпоральное воздействие на порции крови космонавта искусственной силой тяжести путем центрифугирования этих порций крови и последующее их возвращение космонавту после встряхивания до равномерного смешения. В процессе центрифугирования ось вращения центрифуги короткого радиуса с порцией крови поворачивают в допустимых пределах относительно неподвижной ортогональной или параллельной оси и периодически меняют направление поворота. Сначала устанавливают ортогональную или параллельную ось в исходное положение относительно оси вращения центрифуги короткого радиуса. Затем организуют заданный режим вращения центрифуги короткого радиуса и только после этого осуществляют ее повороты относительно неподвижной ортогональной или параллельной оси. Устройство содержит систему создания искусственной силы тяжести, выполненную в виде мобильного аппарата для проведения прерывистого гемафереза с многоскоростной центрифугой короткого радиуса и микропроцессорной системой управления, которая, с одной стороны, через насос крови, воздушный детектор, клапан, фильтр, монитор давления, воздушные детекторы и кровопроводящую магистраль соединена с веной космонавта и через клапан, воздушный детектор, насос антикоагулянта соединена с емкостью антикоагулянта. С другой стороны, центрифуга короткого радиуса через магистраль, сенсор, клапан, насос заготавливаемых компонентов крови соединена с емкостью заготавливаемых компонентов крови. На участке магистрали между клапаном и сенсором установлен монитор давления, и через клапан и насос физраствора магистраль соединена с емкостью физраствора. В устройство введено устройство поворота, корпус которого жестко связан с конструкцией пилотируемой космической системы, а выходной вал - с корпусом мобильного аппарата для проведения прерывистого гемафереза. Ось выходного вала расположена ортогонально или параллельно оси вращения центрифуги короткого радиуса. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей процесса центрифугирования путем изменения по модулю и направлению вектора силы инерции, действующей на клетки крови в процессе центрифугирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к космической медицине и может быть использовано для проведения профилактических и гемореабилитационных мероприятий, направленных на снижение негативного влияния невесомости на организм космонавта в условиях продолжительного полета.

Известен способ профилактики негативных последствий невесомости на организм космонавта с помощью создания искусственной силы тяжести (ИСТ) в условиях невесомости путем вращения космической системы (КС) или применением центрифуги короткого радиуса (ЦКР), внутрь которой периодически помещается космонавт. (И.Ф. Виль-Вильямс, А.Р. Котовская, А.А. Шипов. Медико-биологические аспекты проблемы создания искусственной силы тяжести в длительных космических полетах/XXXII Научные чтения, посвященные разработке творческого наследия К.Э. Циолковского, Калуга, 16-19 сентября 1997 г. С. 79-80; А.Р. Котовская, И.Ф. Виль-Вильямс, В.Ю. Лукъянюк. Проблемы создания искусственной силы тяжести с помощью центрифуги короткого радиуса действия для медицинского обеспечения межпланетных пилотируемых полетов // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2003. Т. 37. №5. С. 36-40). Там же отмечено, что ввиду трудности технической реализации создания ИСТ путем организации вращения КС, в последние годы особое внимание в отечественных и зарубежных исследованиях уделяется разработке вопросов применения гравитационных нагрузок на ЦКР. В процессе создания ИСТ кровь космонавта совершает сложное движение: переменное по направлению относительное движение по сосудам и переносное вращательное движение вместе с телом космонавта и центрифугой. В наземных условиях при движениях тела человека, например при ходьбе, кровь также совершает сложенное движение.

Недостатками данного способа и устройства является одновременное воздействие ИСТ на весь организм космонавта, а не на отдельные его органы и ткани, например, жидкую ткань организма космонавта - кровь, положительно переносящие ИСТ. При этом если скелет и отдельные мышечные ткани организма космонавта можно нагрузить с помощью специальных средств и тренажеров, то осуществить в условиях невесомости нагрузку на организм космонавта в целом и его внутренние органы и ткани задача крайне сложная.

Установлено негативное влияние длительного воздействия невесомости на клетки тканей организма космонавта, включая жидкую ткань-кровь, в результате которого происходит ослабление (недоразвитие) их цитоскелета (Сборник трудовУП Российского симпозиума «Механика невесомости. Итоги и перспективы фундаментальных исследований гравитационно-чувствительных систем», 11-14 апреля 2000 года, Москва. Под ред. B.C. Авдуевского, В.И. Полежаева, В.П. Шилова. Москва 2001, с. 349 - вопрос и ответ №1; М.Г. Таирбеков; Исследования в области клеточной биологии в полетах автоматических космических аппаратов (особенности подготовки экспериментов) // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2006. Т. 40. №5. С.3-15; Larina I.М. et al. Protein expression changes caused by spaceflight as measured for 18 Russian cosmonauts //Scientific reports. - 2017. - T. 7. - №.1. - C. 1-7 (http://doi.org/10.1038/s41598-017-08432-w).).

Известен способ гравитационной гемореабилитации космонавтов, включающий использование периодического порционного экстракорпорального воздействия ИСТ на кровь космонавта, при котором ее стерильно выводят наружу из организма, центрифугируют и вводят обратно, при этом возможно использование режима лечебного плазмафереза (Саяпина А.С. и др. Новый подход к организации гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях длительной невесомости. <URL:http://hghltd.yandex.com/www.imash.ru/conf/tesys/sec4/Sayapina.doc.20.11.2003).

Известен способ гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях длительной невесомости и устройство для его осуществления. Способ включает периодический отбор порций крови у космонавтов, воздействие на них ИСТ путем центрифугирования этих порций крови. После центрифугирования порции крови встряхивают до равномерного смешения и возвращают космонавту. В результате обеспечивается укрепление «цитоскелета» клеток крови и качественное удаление адсорбированных на их поверхности патологических элементов. (Саяпин С.Н., Саяпина А.С, Саяпина Е.В. Способ гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях длительной невесомости и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение №2306151. МПК А61М 1/36. Опубл. в Бюл. №26, 2007 - прототип).

Недостатком данного способа является функциональные ограничения центрифуги в процессе центрифугирования порции крови, к которым следует отнести следующие:

• кровь космонавта в ЦКР совершает простое вращательное движение, поэтому на нее не действуют переносное ускорение и ускорение Кориолиса, которые имеют место в наземных условиях при движении тела человека;

• однонаправленная нагрузка на клетки крови, направленная перпендикулярно оси вращения ЦКР и создаваемая центробежной силой инерции с одной стороны и реакцией со стороны контактируемой поверхности ЦКР и смежных клеток крови - с другой;

• центробежную силу инерции можно изменять лишь в установленных диапазонах угловой скорости вращения ЦКР, т.к. ее нормальная (центробежная) и касательная (тангенциальная) составляющие прямо пропорциональны радиусам окружностей траекторий клеток крови, а также квадрату угловой скорости и угловому ускорению соответственно; при этом тангенциальная составляющая возникает при разгоне и торможении ЦКР и носит кратковременный характер и ее значение существенно ниже нормальной составляющей; кроме того такой режим получения тангенциальной составляющей способен привести к снижению надежности функционирования ЦКР и, как следствие, сокращению ее ресурса.

Таким образом, с помощью ЦКР можно организовать существенные воздействия на порцию крови, направленные лишь вдоль оси перпендикулярной к оси вращения ЦКР.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей процесса центрифугирования путем изменения по модулю и направлению вектора силы инерции, действующей на клетки крови в процессе центрифугирования.

Это достигается тем, что в способе гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях невесомости, включающем периодическое экстракорпоральное воздействие на порции крови космонавта искусственной силой тяжести путем центрифугирования этих порций крови и последующее их возвращение космонавту после встряхивания до равномерного смешения, в процессе центрифугирования ось вращения центрифуги короткого радиуса с порцией крови поворачивают в допустимых пределах относительно неподвижной ортогональной или параллельной оси и периодически меняют направление поворота, при этом сначала устанавливают ортогональную или параллельную ось в исходное положение относительно оси вращения центрифуги короткого радиуса, затем организуют заданный режим вращения центрифуги короткого радиуса и только после этого осуществляют ее повороты относительно неподвижной ортогональной или параллельной оси.

При этом в устройство для реализации способа, содержащее систему создания искусственной силы тяжести, выполненную в виде мобильного аппарата для проведения прерывистого гемафереза с многоскоростной центрифугой короткого радиуса и микропроцессорной системой управления, которая, с одной стороны, через насос крови, воздушный детектор, клапан, фильтр, монитор давления, воздушные детекторы и кровопроводящую магистраль соединена с веной космонавта и, через клапан, воздушный детектор, насос антикоагулянта соединена с емкостью антикоагулянта, а с другой стороны, центрифуга короткого радиуса через магистраль, сенсор, клапан, насос заготавливаемых компонентов крови соединена с емкостью заготавливаемых компонентов крови, при этом на участке магистрали между клапаном и сенсором установлен монитор давления и, через клапан и насос физраствора магистраль соединена с емкостью физраствора, введено устройство поворота, корпус которого жестко связан с конструкцией пилотируемой космической системы, а выходной вал - с корпусом мобильного аппарата для проведения прерывистого гемафереза, при этом ось выходного вала расположена ортогонально или параллельно оси вращения центрифуги короткого радиуса.

При этом в устройстве для реализации способа насос и емкость заготавливаемых компонентов крови выполнены с возможностью удаления компонентов крови.

На фиг. 1 изображена схема проведения гравитационной гемореабилитации организма космонавта с одновременной (при необходимости) деинтоксикацией и обеззараживанием крови с организацией поворота корпуса мобильного аппарата для проведения прерывистого гемафереза (МАППГ) вокруг оси ортогональной оси вращения ЦКР.

На фиг. 2 изображена схема проведения гравитационной гемореабилитации организма космонавта с одновременной (при необходимости) деинтоксикацией и обеззараживанием крови с организацией поворота корпуса МАППГ вокруг оси параллельной оси вращения ЦКР.

На фиг. 3 изображена схема проведения гравитационной гемореабилитации организма космонавта с одновременной (при необходимости) деинтоксикацией и обеззараживанием крови с организацией одновременных поворотов корпуса МАППГ вокруг двух ортогональных осей, одна из которых параллельна оси вращения ЦКР.

На фиг. 4. Изображены векторы ускорений, действующих на точки А, В, С, D порции крови в ЦКР, расположенные на концах ортогональных диаметров их общей траектории, один из которых совпадает с ортогональной осью поворота корпуса МАППГ.

На фиг. 5. Изображены векторы ускорений, действующих на точки А, В, С, D порции крови в ЦКР, расположенные на концах ортогональных диаметров их общей траектории, один из которых перпендикулярен параллельной оси поворота корпуса МАППГ.

Устройство для осуществления способа гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях невесомости представляет собой систему создания ИСТ, содержащий многоскоростную ЦКР 1 (фиг. 1-3). При этом система создания ИСТ выполнена в виде применяемого в трансфузиологии МАППГ адаптированного к эксплуатации на борту пилотируемой КС, который подсоединяют к вене космонавта через кровопроводящую магистраль 2 экстракорпорального контура, выполненную с возможностью обеспечения экстракорпорального воздействия на кровь внешних факторов (как раздельно, так и в их комбинациях), например, лучистой энергии и магнитных полей, генерируемых, при необходимости, от внешних источников (на фиг.условно не показаны). Кровопроводящая магистраль 2 связана с одной стороны через фильтр 3, клапан 4 и насос крови 5 с ЦКР 1, а с другой - через насос антикоагулянта (АК) 6 с емкостью 7, заполненной АК. При этом между насосом АК 6 и кровопроводящей магистралью 2, насосом крови 5 и клапаном 4, фильтром 3 и веной космонавта установлены соответственно воздушные детекторы 8, 9 и 10. Между клапаном 4 и фильтром 3 установлен монитор давления 11 кровопроводящей магистрали 2. ЦКР 1 через магистраль 12 соединена с емкостью 13 для заготавливаемых компонентов крови, например, плазмы. Между ЦКР 1 и емкостью 13 для плазмы установлены сенсор 14 магистрали 12 и клапан 15. К участку магистрали 12 между сенсором 14 и клапаном 15 через клапан 16 подсоединена емкость 17 с физраствором (NaCl), а между сенсором 14 и клапаном 16 установлен монитор давления 18 магистрали 12. Между емкостями 13 и 17 и клапанами 15 и 16 установлены соответственно насосы заготавливаемых компонентов крови 19 и физраствора 20, а между воздушным детектором 8 и кровопроводящей магистралью 2 установлен клапан 21. При этом емкость 13 и насос 19 для заготавливаемых компонентов крови выполнены с возможностью удаления компонентов крови. Корпус устройства поворота корпуса МАППГ жестко связан с конструкцией КС, а его выходной вал неподвижно фиксирует положение оси поворота относительно оси вращения ЦКР 1.

Способ гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях невесомости реализован следующим образом.

Процедура гравитационной гемореабилитации осуществляется в три этапа.

На первом, подготовительном, этапе осуществляется сборка и подключение системы для сбора крови через кровопроводящую магистраль 2 к вене космонавта.

На втором этапе выбирается программа для микропроцессорной системы управления устройства для проведения гравитационной гемореабилитации космонавта и производится его запуск и работа по установленной программе, включая остановку после завершения программы. При этом в процессе центрифугирования ось вращения ЦКР 1 с порцией крови поворачивают в допустимых пределах относительно ортогональной неподвижной оси (фиг. 1, 4) или относительно параллельной неподвижной оси (фиг. 2, 5), и периодически меняют направление поворота корпуса МАППГ относительно указанных осей.

При этом, перед возвратом космонавту обработанной центрифугированием порции крови ее встряхивают до равномерного смешения. В процессе встряхивания ликвидируются сгустки крови, а ее клетки подвергаются дополнительному воздействию знакопеременных перегрузок, изменяющихся случайным образом во времени как по направлению в пространстве, так и по величине, что способствует организации дополнительных физических нагрузок на цитоскелет клеток крови, имитирующих в определенной степени вибрационные воздействия на организм человека в процессе его жизнедеятельности на Земле, например, при пользовании транспортом и занятиях спортом и другими активными физическими упражнениями и ликвидации образовавшиеся в ней сгустков. Кроме этого «Известно, что на поверхности эритроцитов адсорбируются разнообразные вещества: фибриноген, иммунные комплексы, токсины, антитела и т.д. Очевидно, что отмывание физиологическим раствором эритроцитов должно способствовать очищению их мембраны от этих веществ.» (Воробьев П.А. Прерывистый лечебный плазмаферез. (Практическое руководство для врачей и медицинских сестер). М.: Ньюдиамед-АО, 1998 г., с. 47-48). Очевидно, что механическое взаимодействие плазмы с эритроцитами, возникающее в процессе встряхивания порции крови перед ее возвратом космонавту после центрифугирования также будет способствовать очищению мембраны эритроцитов от указанных выше веществ. При этом в случае необходимости проведения лечебного гемафереза, например, плазмафереза эти и другие патологические вещества будут удалены вместе с плазмой. В результате очищения мембраны эритроцитов улучшится их метаболизм и они в лучшей степени будут исполнять свою газотранспортную функцию. На удаление вместе с плазмой адсорбированных на поверхности клеток патологических элементов указывается и в приведенном выше аналоге (Рагимов А.А., Соловьева И.Н. Гемаферез в хирургии: - М: ВУНМЦ МЗ РФ, 1999, ISBN 5-89004-082-0, с. 10, 1-ый абзац). Таким образом, встряхивание порции крови перед возвратом космонавту будет способствовать улучшению метаболизма клеток и газотранспортных функций эритроцитов. Следует также отметить, что применение данного приема при проведении лечебного или донорского плазмафереза позволит улучшить качество возвращаемых (лечебный гемаферез) или заготавливаемых (донорский гемаферез) компонентов крови.

На третьем этапе осуществляется отключение и утилизация системы для сбора крови.

При этом процедуру гравитационной гемореабилитации космонавта на борту КС, заключающуюся в организации периодического экстракорпорального воздействия на кровь космонавта ИСТ, проводят по одному из следующих режимов или их комбинаций:

1-й режим - гравитационная гемореабилитация космонавта, при которой кровь космонавта стерильно из его вены выводят наружу организма, смешивают с антикоагулянтом, центрифугируют и, после встряхивания для смешения разделенных компонентов крови, возвращают в то же кровяное русло. При этом следует отметить, что данная процедура может быть отнесена к разновидности известного в медицинской практике бутафорского плазмафереза и позволит получить дополнительный положительный терапевтический эффект (см. (Воробьев П.А. Прерывистый лечебный плазмаферез. (Практическое руководство для врачей и медицинских сестер). М.: Ньюдиамед-АО, 1998 г., с. 45-46).

2-й режим - гравитационная гемореабилитация космонавта с одновременным проведением прерывистого аппаратного донорского гемафереза, при которой кровь космонавта стерильно из его вены выводят наружу организма, смешивают с антикоагулянтом, центрифугируют до разделения цельной крови на компоненты, выделяют необходимый компонент крови и возвращают в то же кровяное русло все остальные компоненты смешанные с физраствором (NaCl) восполняющим недостающий объем циркулирующей плазмы в организме космонавта. При необходимости перед возвратом компонентов крови может быть повторено их центрифугирование по индивидуальным режимам. При этом следует отметить, что встряхивание порции взятой у космонавта крови перед центрифугированием способствует улучшению качества заготавливаемых компонентов крови.

3-й режим - гравитационная гемореабилитация космонавта с одновременным проведением прерывистого аппаратного лечебного гемафереза, при которой кровь космонавта стерильно из его вены выводят наружу организма, подвергают (при необходимости) воздействию внешними факторами (как раздельно, так и в их комбинациях), например, лучистой энергией и магнитными полями, смешивают с антикоагулянтом, центрифугируют до разделения цельной крови на компоненты, избирательно выделяют и удаляют патологические компоненты крови (клетки крови или плазменные субстраты, имеющие патологическое значение в развитии заболевания) и возвращают в то же кровяное русло все остальные компоненты смешанные с физраствором (NaCl), восполняющим недостающий объем циркулирующей плазмы в организме космонавта. При необходимости перед возвратом компонентов крови может быть повторено их центрифугирование по индивидуальным режимам. При этом следует отметить, что встряхивание порции взятой у космонавта крови перед центрифугированием способствует улучшению качества возвращаемых компонентов крови.

Работа устройства в каждом из приведенных выше режимов осуществляется следующим образом.

1-й режим - гравитационная гемореабилитация космонавта. Здесь после венепункции включается насос крови 5, с помощью которого кровь космонавта по кровопроводящей магистрали 2 через воздушные детекторы 10 (для повышения безопасности не менее двух), фильтр 3 и воздушный детектор 9 поступает в колокол-ротор (на фиг. условно не показан) ЦКР 1 до его заполнения до требуемого объема, после чего насос крови 5 отключается. При этом с помощью насоса антикоагулянта 6, антикоагулянт смешивается с кровью, поступая из емкости 7 через воздушный детектор 8. Клапаны 21 и 4 находятся в открытом, а клапаны 15 и 16 закрытом положениях. Затем клапан 4 закрывается и включается ЦКР 1. После организации воздействия ИСТ на взятую у космонавта порцию крови по заданным режимам, ЦКР 1 отключается, а колокол-ротор с отцентрифугированной порцией крови встряхивают для смешивания ее компонентов. После этого клапан 21 закрывают, а клапан 4 открывают и включают насос крови 5, с помощью которого отцентрифугированная порция крови возвращается космонавту то же кровяное русло. Затем одноразовые расходные материалы удаляют и утилизируют. Процедура окончена. В процессе проведения процедуры воздушные детекторы 8, 9 и 10 показывают наличие воздуха в магистралях. В случае его наличия система создания ИСТ в виде применяемого в трансфузиологии МАППГ отключается. Фильтр 3 служит для очищения проходящей через него крови от сгустков, включений и примесей. Монитор давления 11 показывает достаточность уровня давления крови в магистрали. Если уровень ниже нормы, то космонавт должен осуществлять сжимание и разжимание кисти руки, из которой осуществляется забор крови, в кулак.

2-й режим - гравитационная гемореабилитация космонавта с одновременным проведением прерывистого аппаратного донорского гемафереза. Здесь после венепункции включается насос крови 5, с помощью которого кровь космонавта по кровопроводящей магистрали 2 через воздушные детекторы 10 (для повышения безопасности не менее двух), фильтр 3 и воздушный детектор 9 поступает в колокол-ротор (на фиг. условно не показан) ЦКР 1 до его заполнения до требуемого объема, после чего насос крови 5 отключается. При этом с помощью насоса антикоагулянта 6, антикоагулянт смешивается с кровью, поступая из емкости 7 через воздушный детектор 8. Клапаны 21 и 4 находятся в открытом, а клапаны 15 и 16 закрытом положениях. Затем клапан 4 закрывается и включается ЦКР 1. После центрифугирования взятой у космонавта цельной крови до ее разделения на компоненты ЦКР 1 отключается и выделенный необходимый для заготовки компонент, например, плазма поступает с помощью насоса 19 в емкость 13. При этом клапан 15 открыт.После заполнения плазмой емкости 13 насос 19 выключается. Клапаны 15 и 21 принимает закрытое, а клапаны 4 и 16 открытое положения. После этого включают насос крови 5 и насос физраствора 20, с помощью которых отцентрифугированные остальные компоненты крови смешанные с физраствором, восполняющим недостающий объем циркулирующей плазмы в организме космонавта, возвращается космонавту через то же кровяное русло. При необходимости перед возвратом компонентов крови может быть повторено их центрифугирование по индивидуальным режимам. При этом клапаны 4, 15 и 16 закрыты, а насосы 5, 19 и 20 отключены. Затем одноразовые расходные материалы удаляют и утилизируют. Процедура окончена. В процессе проведения процедуры сенсор 14 показывает уровень чистоты заготавливаемой плазмы, т.е. отсутствие в ней эритроцитарной массы. Если в заготавливаемой плазме содержится избыток эритроцитов, то система создания ИСТ и в виде применяемого в трансфузиологии МАППГ отключается. Монитор давления 18 показывает уровень давления плазмы в магистрали 12.

3-й режим - гравитационная гемореабилитация космонавта с одновременным проведением прерывистого аппаратного лечебного гемафереза. Процедура проводится аналогично процедуре режима 2 с той лишь разницей, что при необходимости взятую у космонавта кровь перед центрифугированием подвергают в кровопроводящей магистрали 2 воздействию внешних факторов (как раздельно, так и в их комбинациях), например, лучистой энергией и магнитными полями, а выделенные после центрифугирования патологические компоненты крови, например, плазменные субстраты, имеющие патологическое значение в развитии заболевания, удаляют и утилизируют.

В указанных режимах изменение по модулю и направлению вектора силы инерции, действующей на клетки крови в процессе центрифугирования достигается за счет организации переносного вращательного движения корпуса МАППГ с вращающейся ЦКР с порцией крови и возникновения при этом нормальной и тангенциальной составляющих переносного ускорения и ускорения Кориолиса. Ниже приведены примеры возникновения указанных дополнительных ускорений, действующих на клетки порции крови в ЦКР для случаев поворота корпуса МАППГ относительно оси ортогональной или параллельной оси вращения ЦКР.

В случае поворота корпуса МАППГ в процессе центрифугирования, например по часовой стрелке, вокруг оси ортогональной оси вращения ЦКР, на точки А, В, С, D порции крови в ЦКР, расположенные на концах ортогональных диаметров их общей траектории, действуют ускорения, векторы которых показаны на фиг. 4.

Здесь:

- векторы переносной и относительной угловых скоростей соответственно;

- векторы линейных относительных скоростей точек А, В, С, D;

- относительные нормальные ускорения, приложенные к точкам А, В, С, D;

- переносные нормальные ускорения, приложенные к точкам В, D;

- переносные тангенциальные ускорения, приложенные к точкам В, D;

- ускорение Кориолиса.

Для определения модулей указанных скоростей и ускорений используют следующие известные кинематические формулы теоретической механики.

где

R - кратчайшее расстояние от оси вращения ЦКР до соответствующей точки

т.к. ω_r=const.

При этом ускорения

равны нулю, т.к. точки А и В лежат на оси поворота корпуса МАППГ.

При этом, как видно из фиг. 4, ускорения

равны нулю, т.к.

При этом полное ускорение, действующее на каждую из точек порции крови в ЦКР, определяется из векторного кинематического уравнения Кориолиса

путем его проецирования на ортогональные оси х, у, z:

Таким образом, в рассмотренном случае (фиг. 4) за полный оборот ЦКР все переносные ускорения и ускорение Кориолиса, действующие на любую точку порции крови будут изменять свои значения от нуля до максимума, а переносные тангенциальные ускорения и ускорение Кориолиса будут менять и свои направления на противоположные направления. В результате в процессе центрифугирования с организацией поворотов корпуса МАППГ вектор полного ускорения и, следовательно, вектор результирующей силы инерции, действующей на каждую из точек (клеток) порции крови, будет изменяться по модулю и направлению, что позволит расширить функциональные возможности процесса центрифугирования порции крови и самого МАППГ.

В случае поворота корпуса МАППГ в процессе центрифугирования, например по часовой стрелке, вокруг оси параллельной оси вращения ЦКР на точки А, В, С, D порции крови в ЦКР, расположенные на концах ортогональных диаметров их общей траектории, действуют ускорения, векторы которых показаны на фиг. 5.

Для определения модулей указанных скоростей и ускорений используют те же кинематические формулы теоретической механики, как и в предыдущем случае.

где

R - кратчайшее расстояние от оси вращения ЦКР до соответствующей точки

т.к.

При этом ускорения

и

равны нулю, т.к. точка С лежит на оси поворота корпуса МАППГ.

При этом, как видно из фиг. 5, ускорения

равны нулю, т.к.

Как видно из фиг. 5 векторы ускорений всех точек лежат в одной плоскости. Поэтому полное ускорение, действующее на каждую из точек порции крови в ЦКР, определяется из векторного кинематического уравнения Кориолиса

путем его проецирования на ортогональные оси х, у перпендикулярные оси вращения ЦКР:

Таким образом, в рассмотренном случае (фиг. 5) за полный оборот ЦКР все переносные ускорения и ускорение Кориолиса, действующие на любую точку порции крови будут изменять свои значения от нуля до максимума, а переносные тангенциальные ускорения будут менять и свои направления на противоположные направления. При этом ускорение Кориолиса для каждой из точек порции крови будет направлено к оси вращения ЦКР при повороте корпуса МАППГ по часовой стрелке и от оси вращения ЦКР при повороте корпуса МАППГ против часовой стрелки. В результате в процессе центрифугирования с организацией поворотов корпуса МАППГ вектор полного ускорения и, следовательно, вектор результирующей силы инерции, действующей на каждую из точек (клеток) порции крови, будет изменяться в плоскости перпендикулярной оси вращения ЦКР по модулю и направлению, что также позволит расширить функциональные возможности процесса центрифугирования порции крови и самого МАППГ.

При необходимости расширения диапазона варьируемых параметров вектора полного ускорения могут быть организованы одновременные повороты корпуса МАППГ с ЦКР относительно двух ортогональных осей, одна из которых параллельна оси вращения ЦКР.

Приведенный способ может быть реализован на основе известного в настоящее время технического решения описанного в прототипе (Саяпин С.Н., Саяпина А.С, Саяпина Е.В. Способ гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях длительной невесомости и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение №2306151. МПК А61М 1/36. Опубл. в Бюл. №26, 2007 - прототип) после его адаптации в части организации поворотов оси вращения ЦКР 1 вокруг неподвижных относительно пилотируемой КС ортогональной или параллельной осей как показано на фиг. 1-5.

Предлагаемый способ гравитационной гемореабилитации в условиях невесомости позволит расширить функциональные возможности процесса центрифугирования путем изменения вектора силы инерции, действующей на клетки крови в процессе центрифугирования, по модулю и направлению за счет организации дополнительных составляющих сил инерции (переносные нормальная и тангенциальная силы инерции и сила Кориолиса).

Claims (3)

1. Способ гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях невесомости, включающий периодическое экстракорпоральное воздействие на порции крови космонавта искусственной силой тяжести путем центрифугирования этих порций крови и последующее их возвращение космонавту после встряхивания до равномерного смешения, отличающийся тем, что в процессе центрифугирования ось вращения центрифуги короткого радиуса с порцией крови поворачивают в допустимых пределах относительно неподвижной ортогональной или параллельной оси и периодически меняют направление поворота, при этом сначала устанавливают ортогональную или параллельную ось в исходное положение относительно оси вращения центрифуги короткого радиуса, затем организуют заданный режим вращения центрифуги короткого радиуса и только после этого осуществляют ее повороты относительно неподвижной ортогональной или параллельной оси.

2. Устройство гравитационной гемореабилитации космонавтов в условиях невесомости, содержащее систему создания искусственной силы тяжести, выполненную в виде мобильного аппарата для проведения прерывистого гемафереза с многоскоростной центрифугой короткого радиуса и микропроцессорной системой управления, которая, с одной стороны, через насос крови, воздушный детектор, клапан, фильтр, монитор давления, воздушные детекторы и кровопроводящую магистраль соединена с веной космонавта и через клапан, воздушный детектор, насос антикоагулянта соединена с емкостью антикоагулянта, а с другой стороны, центрифуга короткого радиуса через магистраль, сенсор, клапан, насос заготавливаемых компонентов крови соединена с емкостью заготавливаемых компонентов крови, при этом на участке магистрали между клапаном и сенсором установлен монитор давления, и через клапан и насос физраствора магистраль соединена с емкостью физраствора, отличающееся тем, что в него введено устройство поворота, корпус которого жестко связан с конструкцией пилотируемой космической системы, а выходной вал - с корпусом мобильного аппарата для проведения прерывистого гемафереза, при этом ось выходного вала расположена ортогонально или параллельно оси вращения центрифуги короткого радиуса.

3. Устройство по п. 2, в котором насос и емкость выполнены с возможностью удаления компонентов крови.

Images