Батурин Ю.М., летчик-космонавт России, действительный член Академии военных наук, доктор юридических наук;
Нестерюк Л.И., кандидат технических наук;
Прокофьев А.Б., кандидат медицинских наук;
Росляков В.А., доктор медицинских наук.
(Статья опубликована в Военно-медицинском журнале, 1999, Т.2, С. 56-63.)

     Современный этап развития космонавтики характеризуется существенным усложнением зрительной работы экипажей, что связано с возрастанием объема производственной деятельности, обусловленной научно-прикладными задачами. Успешное выполнение задач, стоящих перед членами экипажей космических кораблей (проведение визуально-инструментальных наблюдений, визуальная селекция космических объектов на фоне звездного неба и освещенной Земли и др.) в немалой степени зависит от уровня функционального состояния зрительной системы космонавта, соответствия структурно-функциональных возможностей его органа зрения решению зрительных задач в условиях воздействия неблагоприятных факторов космического полета.
     С начала 60-х годов накоплен определенный опыт исследований функционального состояния зрительной системы как в условиях моделирования воздействия невесомости, так и в реальных космических полетах [1,2,7], который свидетельствует, что основным патогенетическим механизмом действия невесомости на зрительный анализатор является перераспределение крови в общей системе кровообращения, что в конечном счете вызывает затруднение оттока крови от головного мозга с последующим возникновением венозного застоя. Качество выполнения космонавтом специфических зрительных задач в этих условиях связано с состоянием основных функций зрения, обеспечивающих зрительную работоспособность. Такими показателями считаются острота зрения (разрешающая способность) и рефракция, контрастная и частотно-контрастная чувствительность зрительной системы, цветовая чувствительность.
     Результаты исследований остроты зрения, проводившихся как при моделировании неблагоприятных факторов космического полета, так и в реальных полетах [2,9,13,15], свидетельствуют о ее достаточно высокой устойчивости к воздействию указанных факторов. Разрешающая способность зрения обследованных космонавтов в полете изменялась в среднем на 1-7%, что находится в пределах ошибки измерения применяемого метода исследования. Результаты субъективных отчетов космонавтов также не выявили каких-либо существенных изменений разрешающей способности. Об отсутствии достоверных изменений остроты зрения по сравнению с контрольными показателями свидетельствуют и результаты полунатурных экспериментальных исследований при моделировании антиортостазом гемодинамических сдвигов, характерных для невесомости [15], и во время полетов самолета-лаборатории по параболической кривой [1,2,6].
     Исследования функций контрастной и цветовой чувствительности, проводившиеся экипажам космических кораблей [9,14], так же свидетельствуют о высокой степени устойчивости рассматриваемых показателей к факторам полета. Результаты показали, что среднее снижение контрастной чувствительности во время полета незначительно и не может являться причиной ухудшения функционального состояния органа зрения космонавта, а цветовая чувствительность глаза в условиях космического полета практически не отличается от чувствительности в нормальных условиях жизнедеятельности человека.
     Таким образом, анализ имеющихся литературных данных свидетельствует, что изменения основных зрительных функций космонавта в ходе полета незначительны и практически не выходят за пределы физиологической нормы. В то же время необходимо подчеркнуть, что объем проведенных исследований в космосе был явно недостаточным и ограничивался узким кругом традиционных методик. По нашему мнению отчасти это обусловлено дефицитом методов функциональных исследований, которые позволяли бы контролировать тонкие изменения функционального состояния органа зрения под влиянием различных факторов.
     Использование возможностей современной вычислительной техники, а также последних данных психофизиологических исследований, позволило предложить способ исследования изменения световой, цветовой и контрастной чувствительности в каждой точке поля зрения, выявление относительных и абсолютных дефектов в поле зрения на ахроматические и цветовые стимулы, в основе которого лежит использование времени сенсомоторной реакции и порога световой и цветовой чувствительности в относительных единицах [11]. Метод назван цветовой кампиметрией и реализуется с помощью оригинальной программного комплекса "Окуляр" (Л.И. Нестерюк, 1995), использующего дисплей IBM-совместимого компьютера в качестве тестирующей системы. Программный комплекс производит тестирование, обработку, графическое представление и хранение полученных данных.
     Результаты проводимых в течение ряда лет клинико-физиологических экспериментов позволили сделать вывод об эффективности и целесообразности использования цветовой кампиметрии как в клинике глазных болезней для ранней и дифференциальной диагностики заболеваний сетчатки и зрительного нерва [11], так и в интересах психофизических и офтальмоэргономических исследований для оценки динамики функционального состояния зрительного анализатора, в частности, летного состава и операторов авиакосмического профиля [4]. Таким образом, накопленный клинический и экспериментальный материал позволил предложить программный комплекс "Окуляр" для исследований особенностей функционирования зрительной системы членов экипажей космических кораблей.
     В период с 13 по 25 августа 1998 года в ходе 26^й основной экспедиции на борту орбитального комплекса "Мир" космонавтом-исследователем Ю.М.Батуриным была выполнена обширная программа научных исследований, которая впервые включала в себя комплекс экспериментов по изучению динамики функционального состояния зрительной системы как в период пребывания на корабле "Союз" (первые трое суток полета), так и на орбитальном комплексе "Мир".

     Методика проведения экспериментальных исследований основывалась на комплексном подходе к оценке динамики зрительных функций и функциональных психофизиологических резервов зрительной системы космонавта, который обеспечивался использованием программной системы "Окуляр-комплекс", установленной на портативный компьютер семейства "Ноутбук", находившийся в распоряжении космонавта-исследователя. Указанная программная система, базирующаяся на дополненном и переработанном в соответствии со специфическими требованиями проведения исследований в космосе программном комплексе "Окуляр", реализует следующие психофизические методы исследования зрительной системы:

1. С помощью ахроматических (стандартных) и цветооппонентных оптотипов в виде символа .Ш. различной ориентации. Угловые размеры ахроматических и цветооппонентных оптотипов, предъявляемых на экране компьютера, соответствовали стандартным параметрам, рассчитанным для расстояния 0,9 м в диапазоне исследования остроты зрения от 0,2 до 1,0 ед. Исследование разрешающей способности зрительной системы в условиях цветовой стимуляции производилось с использованием равноярких и цветооппонентных по отношению к фону оптотипов (красный на голубом, зеленый на пурпурном, синий на желтом). Угловые размеры и иные параметры построения цветооппонентных оптотипов соответствовали стандартным.

2. Исследования световой, цветовой и контрастной чувствительности в каждой точке поля зрения, выявление относительных и абсолютных дефектов в поле зрения, оценка изменений чувствительности зрительной системы на ахроматические и цветовые стимулы производились с использованием метода .Цветовая кампиметрия.. В основу метода положено определение порогов яркостной чувствительности (ПЯЧ) и времени зрительно-моторной реакции (ВЗМР) в заданных точках поля зрения (от -10° до +10°) на цветовые (ахроматические) стимул-объекты на цветовом (ахроматическом)фоне. Под пороговой яркостью понимается пороговая освещенность на зрачке наблюдателя (пороговый блеск) от точечного светящегося стимула на экране монитора.

     В настоящем эксперименте использовались красные объекты на черном (темно-сером фоне, светимостью равной 0.1 cd/m²) и синем фоне (2.0 cd/m²). Значения ПЯЧ и ВЗМР указывают на степень изменения функционального состояния нейрорецепторного отдела зрительного анализатора, а распределение в поле зрения - на его топику.
     Наряду с вышеуказанными показателями с помощью программной системы "Окуляр-комплекс" производилось исследование ряда психофизиологических параметров, отражающих функциональное состояние центральных отделов зрительного анализатора космонавта-исследователя. К ним относилось исследование оценки и воспроизведения простых ритмов (интервалов) (тест "Ритмик") и успешности выполнения простых когнитивных задач (тест "Гностик"). Однако большой объем экспериментального материала не позволяет авторам подробно останавливаться на всех полученных научных фактах в рамках одной статьи.
     Методика экспериментальных исследований предусматривала регистрацию фоновых показателей зрительной системы до полета (всего 5 исследований на разных компьютерах семейства "Ноутбук"); исследования на борту космического корабля (всего 4 исследования, начиная с 3 витка); на борту орбитальной пилотируемой станции (всего 10 исследований, ежедневно, кроме 1 и 3 дня пребывания); регистрацию послеполетных значений в день приземления (1 исследование); регистрацию показателей зрительной системы в продолжение послеполетной адаптации (всего 3 исследования на 5, 7 и 9 день после посадки). Полученные результаты обрабатывались с помощью программного комплекса "Statistika V4.5" в системе Windows'95.
     Результаты исследования остроты зрения стандартными (ахроматическими) и цветооппонентными (красный на голубом, зеленый на пурпурном, синий на желтом) оптотипами свидетельствуют об отсутствии какой-либо динамики разрешающей способности органа зрения космонавта по отношению к до- и послеполетному периоду. В тоже время на 9-е сутки полета (21.08.98) отмечается снижение разрешающей способности зрительной системы на 50%, 10% и 10% (при троекратном повторе теста в течение 8 часов) при предъявлении зеленых оптотипов на пурпурном фоне. В последующий период пребывания на станции, а также во время послеполетной адаптации указанных явлений не наблюдалось.
     Результаты исследования динамики световой и цветовой чувствительности органа зрения в центральных (до 5° от центральной ямки сетчатки) и парацентральных (от 5° до 10° от центральной ямки сетчатки) участках поля зрения на ахроматическом и синем фоне представлены на рис. 1,2,3,4.
     Профиль кривых, представленных на рис. 1 и 2 характеризует динамику абсолютных значений порогов яркостной чувствительности в период предполетной подготовки (14 и 5 суток до старта), пребывания на корабле и орбитальной станции, послеполетной реабилитации (5, 7 и 9 суток после посадки). При анализе полученных результатов в первую очередь необходимо отметить достоверное различие значений порогов яркостной чувствительности в центральных и парацентральных участках поля зрения, характерное как для световой, так и для цветовой чувствительности. Дальнейший анализ результатов свидетельствует о выраженной тенденции к повышению порогов яркостной чувствительности по сравнению с дополетным уровнем начиная практически с первых суток космического полета (период пребывания на корабле). Указанная тенденция является характерной как для ахроматических (рис.1), так и для цветовых порогов (рис.2) в центральных и парацентральных областях поля зрения. При этом обращает на себя внимание присутствие двух пиков максимального снижения световой и цветовой чувствительности зрительной системы (повышения порогов яркостной чувствительности), приходящиеся на 4-5 и 12-13 сутки космического полета (период пребывания на орбитальной станции). В тоже время, наилучшие значения параметров ПЯЧ на ахроматическом и цветовом фоне отмечаются на 8-9 сутки полета (6 сутки пребывания на станции), после чего динамика ПЯЧ была отрицательной до окончания полета. В течение первой недели послеполетной адаптации параметры ПЯЧ достигли дополетных значений.

		Рис.1.  Динамика параметров порога относительной световой чувствительности зрительной системы космонавта.
		Рис.2.  Динамика параметров порога относительной цветовой чувствительности зрительной системы космонавта.

     Сравнительный анализ обобщенных результатов исследования ПЯЧ зрительной системы до, во время и после космического полета, статистически подтверждающий изложенные выше факты, представлен на рис.3 и 4. При анализе результатов исследования ПЯЧ на ахроматическом фоне (световая чувствительность) (рис.3) необходимо отметить отсутствие статистически значимых различий между значениями ПЯЧ в центральном участке поля зрения. Однако в парацентральных участках отмечается выраженное и достоверное снижение чувствительности зрительной системы (повышение порогов ПЯЧ) во время полета. В тоже время результаты исследования ПЯЧ на цветовом фоне (цветовая чувствительность) свидетельствуют о достоверном снижении чувствительности зрительной системы в космическом полете как в центральных, так и парацентральных участках поля зрения (рис.4). При этом при обоих видах исследования достоверных различий между значениями ПЯЧ до и после полета не отмечается.

		Рис.3.  Сравнительный анализ результатов исследований порогов относительной световой чувствительности зрительной системы космонавта.
		Рис.4.  Сравнительный анализ результатов исследований порогов относительной цветовой чувствительности зрительной системы космонавта.

     Таким образом анализ результатов исследований функционального состояния нейрорецепторного отдела зрительного анализатора космонавта-исследователя свидетельствует о достоверном ухудшении параметров яркостной чувствительности зрительной системы по сравнению с земными условиями. При этом значения ПЯЧ на ахроматическом и цветовом фоне изменяются в целом аналогично. Необходимо отметить факт максимального снижения чувствительности зрительной системы на 4-5 и 12-13 сутки полета, т.е. в период пребывания на орбитальной станции. Обращает на себя внимание, что наилучшие показатели ПЯЧ зарегистрированы на 8-9 сутки, что может свидетельствовать о достижении к этому времени оптимального уровня адаптации зрительной системы к факторам космического полета.
     Обобщая данные исследований состояния зрительной системы экипажей космических кораблей, накопленные на сегодняшний день, необходимо отметить, что профессиональная деятельность космонавта-исследователя относится к зрительно-напряженной работе, реализующейся в условиях воздействия неблагоприятных факторов космического полета. В то же время, как указывалось ранее, накопленный опыт офтальмологического обеспечения космических полетов дает основание предполагать, что действие рассматриваемых факторов не оказывает существенного влияния на состояние таких параметров зрительной системы, как острота зрения, контрастная и частотно-контрастная чувствительность, цветовое зрение. В работах, посвященных исследованию функционального состояния космонавтов в ходе полета, утверждается, что изменения основных зрительных функций незначительны и практически не выходят за пределы физиологической нормы [6,7,9]. Указывается, что косвенным подтверждением данного положения может служить отсутствие каких-либо отклонений функционального состояния зрения космонавтов после полета [13]. Наряду с этим необходимо подчеркнуть, что объем проведенных исследований был недостаточным и страдал рядом методических погрешностей, связанных, в первую очередь, с бланковым характером методик и отсутствием стандартного освещения эталонов [9].
     Вместе с тем условия проведения экспериментов в рамках настоящего исследования, в соответствии с устным и письменным отчетом космонавта-исследователя Ю.М.Батурина, также можно охарактеризовать как сверхсложные. Среди факторов могущих оказывать влияние на достоверность результатов необходимо выделить следующие: изменения освещенности в процессе проведения экспериментов; предшествующая зрительная нагрузка (проведению экспериментов предшествовали визуально-инструментальные наблюдения, сопровождающиеся засветками и меняющие уровень световой адаптации); наличие помех и отвлекающих факторов, например ритмических шумов от приборов и оборудования корабля; неудобство рабочей позы при проведении исследований; трудность сохранения неизменным расстояния до экрана; необходимость переключения внимания, отвлечение на переговоры; наличие ограничений во времени; изменение места и времени суток проведения исследований. В этой связи особо интересным является факт получения с помощью программной системы "Окуляр - комплекс" выборок данных, объективно отражающих изменение функционального состояния зрительной системы до, во время и после полета.
     Анализ результатов проведенных исследований свидетельствует о достаточно высокой стабильности и устойчивости разрешающей способности зрительной системы (остроты зрения) к воздействию неблагоприятных факторов космического полета, что полностью согласуется с приводимыми выше данными литературы. Как уже указывалось выше, данные предыдущих исследований состояния основных зрительных функций в условиях полунатурного моделирования и реальных полетов свидетельствуют об отсутствии значительных сдвигов в функциональном состоянии зрительного анализатора космонавтов. В то же время представляется очевидным, что факторы космического полета, вызывая существенные сдвиги в протекании как физиологических, так и психологических процессов (запуск патогенетических механизмов изменений в общей системе кровообращения, связанных с гемодинамическими эффектами невесомости, гиподинамией; изменения функционального состояния центральной и вегетативной нервной системы и т.д.) должны оказывать влияние и на зрительную систему. Так, при калиброметрии сосудов сетчатой оболочки глаза человека во время полетов самолета-лаборатории по параболической кривой Ю.П.Петровым и Ю.В.Каменщиковым (1963, 1969) было отмечено расширение артерий и вен сетчатки, наличие явлений венозного застоя. Причина противоречий между наличием объективно выявляемых морфологических феноменов и отсутствием связанных с ними изменениями зрительных функций состоит по-видимому в том, что традиционно применяемые методы исследования функционального состояния зрительного анализатора человека-оператора направлены преимущественно на изучение аккомодационно-рефракционной системы органа зрения, при этом методы, оценивающие состояние нейрорецепторного отдела зрительной системы не отличаются достаточной чувствительностью [8].
     Результаты, полученные в настоящей работе с помощью программной системы "Окуляр-комплекс", свидетельствуют об определенных изменениях в уровне функционирования зрительного анализатора космонавта в условиях космического полета по отношению к дополетному и послеполетному периоду. При этом указанные изменения можно охарактеризовать, как отрицательную динамику функционального состояния зрительной системы, развивающуюся на различных уровнях ее организации.
     Так, анализ результатов исследования порогов яркостной чувствительности по времени зрительно-моторной реакции в центральных и парацентральных точках поля зрения на цветовые (ахроматические) стимул-объекты на цветовом (ахроматическом) фоне позволили выявить тенденцию к достоверному ухудшению параметров яркостной чувствительности зрительной системы в полете по сравнению с земными (до- и послеполетными) условиями. При этом необходимо отметить наличие двух пиков снижения чувствительности на 4-5 и 2-13 сутки полета. Максимальные же показатели яркостной чувствительности зрительного анализатора (не превышающие, однако, до- и послеполетные значения) регистрировались на 8-9 сутки. Анализируя тенденцию изменения яркостной чувствительности органа зрения в целом, можно выдвинуть предположение о некоем ритмическом, колебательном характере функционирования зрительной системы в условиях космического полета, характеризующегося определенной периодичностью подъемов и спадов функционального состояния ее нейрорецепторного звена. К сожалению недостаточность экспериментального материала, определяемая временными рамками полета, не позволяет проследить указанную тенденцию с достаточной продолжительностью во времени, а также объяснить ее только с точки зрения гемодинамических сдвигов, происходящих в организме человека в условиях невесомости. Ответ, по-видимому, позволят дать дальнейшие исследования. Здесь необходимо отметить, что показатели яркостной чувствительности зрительной системы, получаемые с использованием монитора компьютера, находятся в зависимости как от параметров световой среды, так и от характера предшествующей зрительной нагрузки (в настоящем исследовании - визуально-инструментальные наблюдения земной поверхности). Таким образом, величина порогов яркостной чувствительности как показатель наличия функциональных сдвигов в зрительной системе может являться показателем наличия и степени выраженности явлений зрительного утомления, развивающихся в процессе профессиональной деятельности космонавта-исследователя. На возможность и необходимость исследования ПЯЧ при оценке профессионально-важных качеств операторов зрительного профиля указывают и материалы предыдущих исследований функционального состояния зрительной системы операторов авиакосмического профиля с использованием метода "Цветовая кампиметрия".
     В заключение следует еще раз подчеркнуть, что условия функционирования зрительного анализатора космонавта в полете существенным образом отличаются от условий профессиональной зрительной деятельности на Земле. В соответствии с этим цели авиакосмической офтальмофизиологии, занимающейся изучением особенностей функционирования зрительного анализатора в экстремальных условиях, состоят в выявлении наиболее важных для космонавта зрительных функций (профессионально значимых качеств), научном обосновании их нормирования, а также разработке таких методик исследования зрительного статуса, которые могли бы надежно прогнозировать уровень зрительной работоспособности в полете. Достижение указанных целей, на наш взгляд, возможно как путем развития традиционных направлений авиакосмической офтальмологии и офтальмоэргономики (экспертная диагностика состояния зрения, оценка световой среды на рабочих местах, и др.) так и новых, связанных с применением современных технологий и возможностей вычислительной техники. Как свидетельствуют результаты проведенных нами исследований, использование компьютерных методов исследования состояния зрительного анализатора, таких как программные системы "Окуляр" и "Окуляр-комплекс", позволяет на принципиально ином методическом уровне осуществлять изучение процессов передачи и переработки информации в зрительной системе в норме и в условиях воздействия экстремальных факторов.