3.6. Podsystem biomedyczny

Podczas symulacji misji kosmicznych zbierane są następujące parametry biomedyczne członków załogi:

  • skurczowe i rozkurczowe ciśnienie krwi (BP SYS/DIA),

  • poziom glukozy we krwi,

  • częstość akcji serca (HR),

  • saturacja (SpO2),

  • stolec,

  • temperatura wewnętrzna i zewnętrzna ciała (Temp),

  • mocz,

  • masa.

3.6.1. Skurczowe i rozkurczowe ciśnienie krwi

Do pomiarów skurczowego (ang. systolic, SYS) i rozkurczowego (ang. diastolic, DIA) ciśnienia krwi (ang. blood pressure, BP) użyte zostały urządzenia firmy iHealth Labs ze względu na możliwość integracji oraz eksportu danych. W trakcie misji wykorzystywane są: iHealth Clear oraz iHealth BP5. Istnieje również możliwość wprowadzania danych ręcznie w wyniku pomiaru innym urządzeniem (Rys. 3.21.)

../_images/medical-blood-pressure.png

Rys. 3.21. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawiający ekran wprowadzania manualnego danych pomiarów skurczowego i rozkurczowego ciśnienia krwi.

Wprowadzone wartości ciśnienia krwi są kategoryzowane przez HabitatOS zgodnie z algorytmem opracowanym przez American Heart Association w 2018 roku [Weal18].

Tab. 3.1. Klasyfikacja ciśnienia krwi u dorosłych wg. American Heart Association [Weal18]

Kategoria

Skurczowe [mm Hg]

Operator

Rozkurczowe [mm Hg]

Normalne

poniżej 120

i

poniżej 80

Podwyższone

120-129

i

poniżej 80

Nadciśnienie stopień 1

130-139

lub

80-89

Nadciśnienie stopień 2

140 lub wyższe

lub

90 lub wyższe

Kryzys nadciśnieniowy

powyżej 180

i/lub

Wyższe niż 120

3.6.2. Poziom glukozy we krwi

Poziom glukozy we krwi mierzony jest urządzeniem iHealth Gluco+ smart glucometer (BG5S-kit) firmy iHealth Labs. Urządzenie pozwala na pomiar w zakresie 20mg/dL - 600mg/dL przy kropli krwi min. 0.7 μL. Istnieje również możliwość wprowadzania danych ręcznie w wyniku pomiaru innym urządzeniem (Rys. 3.22.).

../_images/medical-glucose.png

Rys. 3.22. Ekran wprowadzania pomiaru glukozy we krwi.

System HabitatOS klasyfikuje poziom cukru wg. Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus w 1997 roku [otDoDM97]. Komisja przedstawiła następujący podział:

Tab. 3.2. Klasyfikacja poziomu cukru we krwi wg. Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus [otDoDM97]

Kategoria

Próg dolny [mg/dL]

Próg górny [mg/dL]

Hipoglikemia

0

40

Niski

40

70

Normalny

70

130

Wysoki

130

180

Hiperglikemia

powyżej 180

brak

3.6.3. Częstość akcji serca

HabitatOS pozwala na monitorowanie częstości akcji serca i wprowadzanie informacji (Rys. 3.23.) dotyczących tego pomiaru. Dane te trafiają do systemu wielokrotnie podczas dnia i pozwalają na odtworzenie aktywności wysiłkowej, jak również poziomu czujności i stanu pobudzenia. Są istotnym elementem analizy biomedycznej astronauty.

Częstość akcji serca (ang. heart rate, HR) to jeden z najbardziej podstawowych parametrów biomedycznych, który pozwala m.in. na określenie poziomu stresu, czujności, stanu pobudzenia oraz wydolności organizmu. Wartości poniżej 60 uderzeń na minutę (ang. beats per minute, BPM) są traktowane jako bradykardia, a powyżej 100 uderzeń jako tachykardia. Spoczynkowa częstość akcji serca u dorosłego człowieka wynosi około 70 uderzeń na minutę. U trenujących sportowców ta wartość może ulec obniżeniu, nawet poniżej progu bradykardii [WR92]. Podczas snu puls również ulega obniżeniu do 40-50 uderzeń na minutę [NHI76].

../_images/medical-heart-rate.png

Rys. 3.23. Wprowadzanie częstości akcji serca do HabitatOS. System pozwala na określenie czynności wykonywanej bezpośrednio przed pomiarem.

3.6.4. Saturacja

System HabitatOS pozwala na określenie czynności wykonywanej bezpośrednio przed pomiarem. Ponadto istnieje możliwość zapisania wartości Indeksu Perfuzji i częstości akcji serca. Dane te są zwykle mierzone jednocześnie.

Saturacja (SpO2) to pomiar nasycenia krwi tętniczej tlenem w celu określenia niewydolności oddechowej. Pomiar oznacza procent związania hemoglobiny we krwi z tlenem. Pomiar saturacji wykonywany jest urządzeniem zwanym pulsoksymetrem i opiera się na zasadzie absorpcji światła charakterystycznej dla oksyhemoglobiny. Saturacja poniżej 90% oznacza niedotlenienie, które może być spowodowane m.in. przez pogorszenie wentylacji płuc. Oczekiwane wartości znajdują się w przedziale 94-98% [McC02].

../_images/medical-saturation.png

Rys. 3.24. Wprowadzanie poziomu saturacji do HabitatOS. System pozwala na określenie czynności wykonywanej bezpośrednio przed pomiarem. Ponadto istnieje możliwość zapisania wartości Indeksu Perfuzji (ang. Perfusion Index, PI) i częstości akcji serca. Dane te są zwykle mierzone jednocześnie.

3.6.5. Stolec

Stolec (ang. stool) to efekt przemiany materii w formie ciała stałego, półstałego lub postaci płynnej. W skład kału wchodzą m.in. resztki pokarmowe, śluz, bakterie, resztki nabłonka, woda. Za brązowawy kolor stolca odpowiadają produkty rozpadu hemoglobiny tj. bilirubina i biliwerdyna. Prawidłowe wydalanie stolca odbywać się ono powinno 1–2 razy na dobę, a spoistość stolca powinna być prawidłowa: ani za twarda, ani za wodnista. Wydalanie stolca odbywa się najczęściej w godzinach rannych. Ma to wpływ na zdrowie człowieka. Utylizacja ekskrementów jest istotnym problemem podczas misji kosmicznych w celu uniknięcia rozwoju bakterii cholery i duru brzusznego [TA87].

W systemie HabitatOS użyto klasyfikacji stolca zgodnie z bristolską skalą uformowania stolca (ang. Bristol Stool Form Scale, BSF). Skala wyróżnia siedem typów stolca [LH97]:

  • Typ 1: Pojedyncze zbite grudki podobne do orzechów, trudne do wydalenia,

  • Typ 2: Stolec o wydłużonym kształcie, grudkowaty,

  • Typ 3: Stolec wydłużony, z pęknięciami na powierzchni,

  • Typ 4: Smukłe, wężowate kawałki stolca, gładkie i miękkie,

  • Typ 5: Miękkie drobiny z wyraźnymi krawędziami (łatwo wydalane),

  • Typ 6: Kłaczaste kawałki z postrzępionymi krawędziami,

  • Typ 7: Wodnisty, bez stałych elementów (ciecz).

System HabitatOS pozwala na określenie koloru, typu, objętości oraz podanie zauważonych odchyleń od normy.

../_images/medical-stool.png

Rys. 3.25. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawiający formularz wprowadzania pomiarów stolca. System HabitatOS pozwala na określenie koloru, typu, objętości oraz podanie zauważonych odchyleń od normy.

3.6.6. Temperatura

Pomiar temperatury zewnętrznej jest pośrednim wskaźnikiem na temperaturę wewnętrzną. Od temperatury zależy prawidłowość przebiegu homeostazy człowieka. Normalną wartością temperatury u człowieka jest zakres 36-37 stopni, ze średnią wartością 36,6. Temperatura poniżej 36 stopni uznawana jest za hipotermię (trzy poziomy), a temperatura powyżej 37 za hipertermię. Zarówno hipotermia jak i hipertermia mogą powodować śmierć [SLFW02].

Głównym czynnikiem wpływającym na podwyższenie temperatury jest odpowiedź immunologiczna organizmu podczas infekcji. Temperatura jest również wskaźnikiem pozycji w cyklu dobowym (ang. Circadian rhythm) z ekstremami około 4 rano (najniższa) i 17 (najwyższa). Pozwala na określenie występowania cyklu menstruacyjnego, ciąży, zaburzeń hormonalnych.

Metody pomiaru temperatury zewnętrznej:

  • w ustach (ang. oral temperature),

  • pod pachą (ang. axillary temperature),

  • w uchu (ang. tympanic temperature),

  • w nosie,

  • na czole,

  • na skroni.

Sposoby pomiarów temperatury wewnętrznej ciała:

  • doodbytnicze (ang. rectal temperature),

  • przełykowe (ang. esophageal temperature,

  • w pochwie (ang. vaginal temperature),

  • w pęcherzu moczowym.

Tab. 3.3. Ogólna klasyfikacji temperatury wewnętrznej ciała [WHGH18], [AD08]

Stan

Zakres temperatury

Jednostka

Hipotermia

poniżej 35,0

°C

Normalna

36,5 – 37,5

°C

Gorączka

37,5 - 38,3

°C

Hipertermia

38,3 - 40

°C

Hiperpyrexia

powyżej 40,0

°C

Tab. 3.4. Szczegółowa klasyfikacja temperatury wewnętrznej ciała [WHGH18], [AD08]

Temperatura [°C]

Klasyfikacja

Objawy

powyżej 44

hipertermia

Śmierć. Najwyższa zanotowana przeżywalność: 46,5 °C.

43

hipertermia

Śmierć lub poważne uszkodzenie mózgu, konwulsje i wstrząs, wysoce prawdopodobne zatrzymanie akcji sercowo-oddechowej

42

hipertermia

Sinica lub zarumienienie, śpiączka, poważne delirium, wymioty, konwulsje, ciśnienie krwi może być zarówno wysokie jak i niskie, tachykardia.

41

hipertermia

Stan nagły. Utrata przytomności, silne bóle głowy, zawroty głowy, uczucie zagubienia, halucynacje, delirium, senność, palpitacje serca, duszność

40

hipertermia

Stan zagrażający życiu. Utrata przytomności, odwodnienie, osłabienie, wymioty, bóle głowy, duszność, zawroty głowy, potliwość.

39

hipertermia

Obfita potliwość, zarumienienie, tachykardia, duszność, wycieńczenie, konwulsje (u osób z padaczką)

38

hipertermia

Uczucie ciepła, potliwość, pragnienie, dyskomfort, niewielki głód, dreszcze (jeżeli pochodzi od gorączki)

36,5 – 37,5

normotermia

Normalny zakres temperaturowy

36

hipotermia

Uczucie zimna, drgawki. Normalna temperatura podczas snu.

35

hipotermia

Intensywne drgawki, odrętwienie, sinica, duszność, kołatanie serca, osłabienie, wycieńczenie

34

hipotermia

Intensywne drgawki, utrata możliwości ruchu palców, sinica, zagubienie, zmiany osobowościowe

33

hipotermia

Znaczne zagubienie, senność, spowolnienie odruchów, progresywna utrata drgawek, bradykardia, płytki oddech, zanik odpowiedzi na bodźce

32

hipotermia

Stan nagły. Halucynacje, delirium, zagubienie, skrajna senność przechodząca w śpiączkę, zanik drgawek, uczucie ciepła, zanik odpowiedzi na bodźce

31

hipotermia

Śpiączka, brak odpowiedzi na bodźce, płytki powolny oddech i bradykardia, arytmia serca

28

hipotermia

Poważne zaburzenia rytmu serca, zanik oddechu

poniżej 24–26

hipotermia

Śmierć w wyniku arytmii serca lub zatrzymania oddechu. Najniższa zanotowana przeżywalność: 14,2 °C.

HabitatOS umożliwia wprowadzanie informacji dotyczącej pomiarów temperatury ciała. System pozwala również na określenie czynności wykonywanej bezpośrednio przed badaniem.

../_images/medical-temperature.png

Rys. 3.26. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawiający formularz wprowadzania temperatury ciała. System pozwala również na określenie czynności wykonywanej bezpośrednio przed badaniem.

3.6.7. Mocz

Podstawowa charakterystyka moczu obejmuje [GH06], [RPJC15]:

  • objętość w litrach,

  • skład,

  • kolor,

  • zapach,

  • mętność,

  • pH,

  • gęstość właściwa,

  • toksyczność,

  • bakterie i patogeny.

W trakcie prowadzenia symulacji misji kosmicznych, obiekty testowe aktywnie mierzą każdą ilość moczu i charakteryzują ją wg. koloru oraz mętności. Rys. 3.27. przedstawia ekran wprowadzania informacji dotyczącej moczu. Podział ze względu na kolor obejmuje [GH06]:

  • bezbarwny,

  • słomkowy,

  • żółty,

  • ciemnożółty,

  • żółtobrązowy,

  • bursztynowy,

  • pomarańczowy,

  • czerwony,

  • szarobrązowy.

  • zielony,

  • niebieski.

Mętność sklasyfikowana jest następująco [RPJC15]:

  • przejrzysty,

  • nieznacznie zawiesisty,

  • zawiesisty,

  • mętny.

../_images/medical-urine.png

Rys. 3.27. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawiający formularz wprowadzania informacji na temat moczu.

3.6.8. Masa ciała

Masa ciała opisana jest za pomocą następujących parametrów:

  • waga,

  • indeks masy ciała (ang. Body Mass Index, BMI),

  • procentowy skład tkanki tłuszczowej,

  • beztłuszczowa masa ciała,

  • masa wody w ciele,

  • masa mięśniowa,

  • masa kostna,

  • zalecane dzienne spożycie kalorii,

  • tłuszcz trzewny.

Astronauci w trakcie symulowanych misji kosmicznych dwa razy w ciągu dnia korzystają z urządzenia określającego powyższe parametry. Informacje te są umieszczane w systemie informatycznym, z którym HabitatOS jest zsynchronizowany. Na podstawie zgromadzonych danych możliwe jest planowanie diety astronautów oraz analiza wpływu spożywanych pokarmów. Rys. 3.28. przedstawia ekran wpisywania parametrów charakteryzujących pomiar masy ciała.

../_images/medical-weight.png

Rys. 3.28. Zrzut ekranu systemu HabitatOS przedstawiający zakres danych zbieranych podczas pomiaru masy i parametrów ciała.

Wraz z pozostałymi informacjami biomedycznymi oraz dotyczącymi aktywności sportowej możliwe jest określenie wpływu symulacji, żywienia oraz ćwiczeń na zdrowie uczestników.