DOI:

Inventory reference

ISSN 1812-7231 Klin.inform.telemed. Volume 9, Issue 10, 2013, Pages 59–74

Author(s)

I. I. Funtova, E. S. Luchitskaya I. N. Slepchenkova, A. G. Chernikova R. M. Baevsky

Institution(s)

Institute of biomedical problems of the Russian Academy of Sciences, Moscow

Article title

The research of functional conditions in humans during night sleep during prolonged exposure to microgravity. Space experiment "Sonocard"

Abstract (resume)

The purpose of the space experiment "Sonocard" was to develop proposals to improve the system of medical control for the cosmonauts on the basis contactless method for receiving physiological data during sleep. Space experiment "Sonocard" was conducted in 22 Russian cosmonauts in the course of 17 expeditions on the ISS during 2007–2012. It was conducted in total 302 investigations, including the preflight period — 47, during flight — 215 and during post-flight period — 40. In the course of the experiment "Sonocard" execution, the microvibrations of the cosmonauts body associated with heart rate, respiration and physical activity, were recorded by seismocardiographical method. The most important feature of conducted space experiment was a contactless method of recording the physiological functions, thus ensuring simplicity, comfort and physiologicality of research. Onboard device "Sonoсard" is the original domestic developing and it was designed as a compact unit, which was located in a breast pocket of T-shirts.

A central place at the data analysis belonged to the heart rate variability (HRV) analysis — a method to reveal the stress level and the autonomic regulation of the circulatory system. Iindicators of the sympathetic and parasympathetic parts of autonomic nervous system, the status of the vascular center in medulla oblongata, the activity of higher autonomic centers were calculated at HRV analysis.

Information about functional status of the various links of autonomic regulation during the night period in microgravity were received for the first using the method of contactless registration of physiological signals at different stages of space flight. A systematic study of the functional conditions during night period in the crew members of the International Space Station has been first conducted.

It is shown that in the absence of in-flight workload and psycho-emotional stress is a gradual increase in the activity of the central mechanisms of regulation of blood circulation. Typical decrease in the expressiveness of respiratory waves (HF) and increased activity of vascular center (LF) in the total HRV spectrum is marked in most cosmonauts to the end of flight.

The assessment of sleep quality under conditions of long-duration space flight has shown that sleep in flight and post-flight periods was better than before the flight in most cosmonauts. The data on the sleep quality after the work of cosmonauts in space were obtained for the first.

It is shown that these activities require a high tension of regulatory systems and lead to a significant spending of functional reserves.

The findings have both scientific and practical importance. The developed technique of evaluating the functional status and the degree of functional reserves recovery during sleep, based on contactless registration of physiological signals, is recommended for use in the practice of medical support of space missions, application in ground-based experiments, as well as for use in clinical practice and in rehabilitation medicine.

Keywords

contactless registration of the physiological information, body microfluctuations, seismocardiography, autonomic regulation, heart rate variability, night sleep, quality of sleep, tension degree, restoration of the functional reserves

References

1. Баевский Р. М., Поляков В. В., Мозер М. и др. Адаптация системы кровообращения к условиям длительной невесомости. Баллисто-кардиографические исследования в 14-месячном космическом полете. Косм. биол. и авиакосм. мед., 1998, 3, с.23–30.

2. Варонецкас Г., Жемайтите Д. Особенности динамики ритмограмм во время различных стадий и фаз сна. Анализ сердечного ритма. Под редакцией Д. Жемайтите, Л. Телькснис. Вильнюс: Мокслас. 1982. – С.52–74.

3. Воронин И. М., Бирюкова Е. В. Вариабельность сердечного ритма во время сна у здоровых людей. Вестник аритмологии. – 2002. – N30. – с. 68–71.

4. Баевский Р. М., Фунтова И. И., Прилуцкий Д. А., Стругов О. М., Седлецкий В. С., Черникова А. Г. Система бесконтактной непрерывной регистрации частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и двигательной активности космонавтов для круглосуточного съема сигналов. Патент на полезную модель N73772. от 16.08.2007.

5. Баевский Р. М., Иванов Г. Г., Чирейкин Л. В. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем. Вестник аритмологии, 2001, 24, с. 69–85.

6. Heart rate variability. Standards of measurement, physioligical interpretation and clinical use. Circulation. – 1996. – vol. 93. – P. 1043–1065.

7. Parin V. V., Baevsky R. M., Gazenko O. G. Heart and circulation under space conditions. Cor et Vasa, 1965, v.7, N 3, p. 165–182.

8. Парин В. В., Баевский Р. М., Газенко О. Г. Достижения и проблемы современной космической кардиологии. Кардиология, 1965, т. 5, N3. с. 3–11.

9. Парин В. В., Баевский Р. М., Волков Ю. Н., Газенко О. Г. Космическая кардиология. Л., Медицина, 1967, 193 с.

10. Баевский Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине. – Физиология человека, 2001, N 2, с. 34–43.

11. Баевский Р. М., Черникова А. Г., Фунтова И. И. Оценка функционального состояния и типа вегетативной регуляции системы кровообращения в условиях космического полета по данным анализа вариабельности сердечного ритма. – В сб.: Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы. М., 2005, с. 310–318.

12. Башмаков М. Ю., Вейн А. М., Посохов С. И., Баевский Р. М., Константинова Е. В., Черникова А. Г. Идентификация функциональных состояний человека во время ночного сна по показателям сердечного ритма. Физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 1996, Май–Июнь, с. 43–47.

13. 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, N 6, с. 11–17.

14. Черникова А. Г. Оценка функционального состояния организма в условиях длительного космического полета на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Автореф. канд. дисс. М., 2010.

15. R. Baevsky, A. Chernikova, I. Funtova, J. Tank. Assessment of Individual Adaptation to Microgravity during long term space flight based on stepwise Discriminant Analysis of Heart Rate Variability Parameters. Acta Astronautica, 2011, AA-D-11-00046R1.

16. Лучицкая Е. С., Фунтова И. И., Катунцев В. П., Баевский Р. М. Оценка резервных возможностей организма космонавтов при выполнении работ в открытом космосе. Материалы седьмой международной научной конференции "Донозология-2011", Санкт-Петербург, 15–16 декабря 2011 г., с. 668–670.

17. Баевский Р. М., Фунтова И. И., Лучицкая Е. С., Слепченкова И. Н., Катунцев В. П., Осипов Ю. Ю. Исследования вариабельности сердечного ритма во время сна на борту международной космической станции. Вестник Удмуртского госуниверситета, 2012, серия 6, выпуск 1, с. 30–37.

18. Funtova I., Baevsky R., Luchitskaya E., Slepchenkova I. The flight experiment "Sonocard" on board the International Space Station (ISS) — the contactless study of autonomic cardiovascular regulation during sleep in long term space flight. 19th IAA Humans in Space Symposium, 2013, ID: 55.

19. Слепченкова И. Н. Оценка функционального состояния организма при действии факторов космического полета по данным бесконтактной регистрации физиологических сигналов в ночной период суток. Автореферат канд. дисс. М., 2010, 24 с.

20. Baevsky R., Funtova I., Luchitskaya E., Slepchenkova I., Chernikova A., Osipov Y., Katuntsev V. Application of equipment Sonocard for functional reserves evaluation during extravehicular activity. 62nd International Astronautical Congress 2011, ID: 10605.

Full-text version http://kit-journal.com.ua/en/viewer_en.html?doc/2013_10/59-74_Baevsky_SONOCARD_10_color_sc_P.pdf