Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences66406510.31857/S0131164624050041AOOONPArticlesСтатьиResearch ArticleAssessment of Human External Respiration Parameters in Simulated Lunar Gravity and MicrogravityОценка параметров внешнего дыхания человека в условиях моделированной лунной гравитации и микрогравитацииPuchkovaA. A.ПучковаА. А.
Russian Federation
alina.a.puchkova@gmail.comKatuntsevV. P.КатунцевВ. П.
Russian Federation
alina.a.puchkova@gmail.comShpakovA. V.ШпаковА. В.
Russian Federation
alina.a.puchkova@gmail.comStavrovskayaD. M.СтавровскаяД. М.
Russian Federation
alina.a.puchkova@gmail.comPrimachenkoG. K.ПримаченкоГ. К.
Russian Federation
alina.a.puchkova@gmail.comBaranovV. M.БарановВ. М.
Russian Federation
alina.a.puchkova@gmail.comInstitute of Biomedical Problems of the RASИнститут медико-биологических проблем РАН20112024505294025022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/664065

The paper presents main results of experiments devoted to studying the influence of simulated microgravity and lunar gravity on the function of external respiration in humans. It has been shown that influence of human exposure to head-down bed rest (a model of the physiological effects of microgravity) and head-up bed rest (a model of the physiological effects of lunar gravity), similar to the influence of a horizontal position (bed rest), leads to a clinically insignificant decrease in the main respiratory parameters in the first hours of these analogue ground-based investigations. Subsequently, during hypokinesia, the marked changes are gradually levelled out. After cessation of experimental exposures, parameters of external respiration function are at the level of background values.

В данной статье представлены основные результаты серии экспериментов, посвященных изучению влияния моделированной микрогравитации и лунной гравитации на функцию внешнего дыхания человека. Показано, что пребывание человека в условиях антиортостатической (модель физиологических эффектов микрогравитации) и ортостатической гипокинезии (модель физиологических эффектов лунной гравитации), аналогично горизонтальному положению, приводит к клинически не значимому снижению основных респираторных показателей в первые часы воздействия. В дальнейшем, в ходе гипокинезии эти изменения постепенно нивелируются. После прекращения экспериментального воздействия показатели функции внешнего дыхания восстанавливаются до уровня фоновых значений.

respiratory systemspirometryhead-up bed restlunar gravityhead-down bed restmicrogravityspace flightдыхательная системаспирометрияортостатическая гипокинезиялунная гравитацияантиортостатическая гипокинезиямикрогравитациякосмический полетРоссийская академия наукRussian Academy of SciencesFMFR-2024-0038Krittanawong C., Singh N.K., Scheuring R.A. et al. Human health during space travel: state-of-the-art review // Cells. 2023. V. 12. № 1. P. 40.Tomsia M., Cieśla J., Śmieszek J. et al. Long-term space missions’ effects on the human organism: what we do know and what requires further research // Front. Physiol. 2024. V. 15. P. 1284644.Ghani F., Cheung I., Phillips A. et al. Lung volume, capacity and shape in microgravity: A systematic review and meta-analysis // Acta Astronautica. 2023. V. 212. P. 424.Prisk G.K. Microgravity and the respiratory system // Eur. Respire. J. 2014. V. 43. № 5. P. 1459.Prisk G.K. Pulmonary challenges of prolonged journeys to space: taking your lungs to the moon // Med. J. Aust. 2019. V. 211. № 6. P. 271.Baranov V.M. [Evolution of views on physiology of breathing in microgravity] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2023. V. 57. № 5. P. 20.Баранов В.М. Эволюция взглядов на физиологию дыхания в невесомости // Авиакосм. и эколог. мед. 2023. Т. 57. № 5. С. 20.Donina Zh.A. Intersystem relationship between respiration and blood circulation // Human Physiology. 2011. V. 37. № 2. P. 229.Донина Ж.А. Межсистемные взаимоотношения дыхания и кровообращения // Физиология человека. 2011. Т. 37. № 2. С. 117.Baranov V.M., Katuntsev V.P., Baranov M.V. et al. [Challenges to space medicine in human exploration of the Moon: risks, adaptation, health, performance] // Ulyanovskiy Mediko-Biologicheski Zhurnal. 2018. № 3. P. 109.Баранов В.М., Катунцев В.П., Баранов М.В. и др. Вызовы космической медицине при освоении человеком Луны: риски, адаптация, здоровье, работоспособность // Ульяновский медико-биологический журнал. 2018. № 3. С. 109.Baranov M.V., Katuntsev V.P., Shpakov A.V., Baranov V.M. A method of ground simulation of physiological effects of hypogravity on humans // Bull. Exp. Biol. Med. 2016. V. 160. № 3. P. 401.Баранов М.В., Катунцев В.П., Шпаков А.В., Баранов В.М. Метод наземного моделирования физиологических эффектов пребывания человека в условиях гипогравитации // Бюл. эксп. биол. и мед. 2015. Т. 160. № 9. С. 392.Grigoriev A.I., Kozlovskaya I.B. One-year antiorthostatic hypokinesia (ANOG) – physiological model of interplanetary space flight. Moscow: RAS, 2018. 288 p.Григорьев А.И., Козловская И.Б. Годичная антиортостатическая гипокинезия (АНОГ) – физиологическая модель межпланетного космического полета. М.: РАН, 2018. 288 с.Hargens A.R., Vico L. Long-duration bed rest as an analog to microgravity // J. Appl. Physiol. 2016. V. 120. № 8. P. 891.Kozlovskaja I.B., Jarmanova E.N., Egorov A.D. et al. [Development of a Russian system for preventing the adverse effects of weightlessness during long flights to the ISS] // Mezhdunarodnaja kosmicheskaja stancija. Rossijskij segment. Moscow: RAS, 2011. V. 1. P. 63.Козловская И.Б., Ярманова Е.Н., Егоров А.Д. и др. Развитие российской системы профилактики неблагоприятных влияний невесомости в длительных полетах на МКС // Международная космическая станция. Российский сегмент. М.: РАН, 2011. Т. 1. С. 63.Kameneva M.Yu., Cherniak A.V., Aisanov Z.R. et al. [Spirometry: national guidelines for the testing and interpretation of results] // Pulmonologiya. 2023. V. 33. № 3. P. 307.Каменева М.Ю., Черняк А.В., Айсанов З.Р. и др. Спирометрия: методическое руководство по проведению исследования и интерпретации результатов // Пульмонология. 2023. Т. 33. № 3. С. 307.Malaeva V.V., Korenbaum V.I., Pochekutova I.A. et al. [Acoustical evaluation of human lung function during simulation of physiological effects of microgravity and lunar gravity] // Extreme Medicine. 2016. V. 55. № 1. P. 40.Малаева В.В., Коренбаум В.И., Почекутова И.А. и др. Акустическая оценка вентиляционной функции легких у человека при моделировании физиологических эффектов невесомости и лунной гравитации // Медицина экстремальных ситуаций. 2016. Т. 55. № 1. С. 40.Segizbaeva M.O., Donina Zh.A., Aleksandrov V.G., Aleksandrova N.P. The mechanisms of compensatory responses of the respiratory system to simulated central hypervolemia in normal subjects // Adv. Exp. Med. Biol. 2015. V. 858. P. 9.Donina Zh.A., Baranov V.M., Aleksandrova N.P., Nozdrachev A.D. [Respiration and hemodynamics in modeling the physiological effects of weightlessness]. St. Petersburg: Nauka, 2013. 182 p.Донина Ж.А., Баранов В.М., Александрова Н.П., Ноздрачев А.Д. Дыхание и гемодинамика при моделировании физиологических эффектов невесомости. СПб.: Наука, 2013. 182 с.Katz S., Arish N., Rokach A. et al. The effect of body position on pulmonary function: a systematic review // BMC Pulm. Med. 2018. V. 18. P. 159.Yadollahi A., Singh B., Bradley T.D. Investigating the dynamics of supine fluid redistribution within multiple body segments between men and women // Ann. Biomed. Eng. 2015. V. 43. № 9. P. 2131.Yadollahi A., Singh B., Bradley T.D. investigating the dynamics of supine fluid redistribution within multiple body segments between men and women // Ann. Biomed. Eng. 2015. V. 43. № 9. P. 2131.Yamada Y., Yamada M., Yokoyama Y. et al. Differences in lung and lobe volumes between supine and standing positions scanned with conventional and newly developed 320-detector-row upright CT: intra-individual comparison // Respiration. 2020. V. 99. № 7. P. 598.Yamada Y., Yamada M., Chubachi S. et al. Comparison of inspiratory and expiratory airway volumes and luminal areas among standing, sitting, and supine positions using upright and conventional CT // Sci. Rep. 2022. V. 12. № 1. P. 21315.Segizbaeva M.O., Pogodin M.A., Lavrova I.N. et al. The influence of antiorthostatic effects on respiratory parameters and functional activity of human inspiratory muscles // Human Physiology. 2011. V. 37. № 2. P. 171.Сегизбаева М.О., Погодин М.А., Лаврова И.Н. и др. Влияние антиортостатического воздействия на респираторные параметры и функциональную активность инспираторных мышц человека // Физиология человека. 2011. Т. 37. № 2. С. 52.Grigoriev A.I., Larina I.M. [Water-salt metabolism and functions of the kidneys in humans under continuous hypokinesia] // Nefrologiya. 2001. V. 5. № 3. P. 7.Григорьев А.И., Ларина И.М. Водно-солевой обмен и функции почек у человека при длительной гипокинезии // Нефрология. 2001. Т. 5. № 3. С. 7.Noskov V.B. Adaptation of water-electrolyte metabolism to space flight and its imitation // Human Physiology. 2013. V. 39. № 5. P. 551.Носков В.Б. Адаптация водно-солевого метаболизма к космическому полету и его имитации // Физиология человека. 2013. Т. 39. № 5. С. 119.Montgomery L.D. Body volume changes during simulated microgravity. II: Comparison of horizontal and head-down bed rest // Aviat. Space Environ. Med. 1993. V. 64. № 10. P. 899.Whittle R.S., Keller N., Hall E.A. et al. Gravitational dose-response curves for acute cardiovascular hemodynamics and autonomic responses in a tilt paradigm // J. Am. Heart Assoc. 2022. V. 11. № 14. P. e024175.Pablo A.S., Jacob B.L., Jacquelyn C.K. et al. Effects of exercise training on pulmonary function in adults with chronic lung disease: a meta-analysis of randomized controlled trials // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2018. V. 99. № 12. P. 2561.Arbeille P., Provost R., Zuj K., Vincent N. Measurements of jugular, portal, femoral, and calf vein cross-sectional area for the assessment of venous blood redistribution with long duration spaceflight (Vessel Imaging Experiment) // Eur. J. Appl. Physiol. 2015. V. 115. № 10. P. 2099.Norsk P. Adaptation of the cardiovascular system to weightlessness: Surprises, paradoxes and implications for deep space missions // Acta Physiol. 2020. V. 228. № 3. P. e13434.Elliott A.R., Prisk G.K., Guy H.J., West J.B. Lung volumes during sustained microgravity on Spacelab SLS-1 // J. Appl. Physiol. 1994. V. 77. № 4. P. 2005.Elliott A.R., Prisk G.K., Guy H.J. et al. Forced expirations and maximum expiratory flow-volume curves during sustained microgravity on SLS-1 // J. Appl. Physiol. 1996. V. 81. № 1. P. 33.