ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОСНОВ
ПИТАНИЯ И ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМОНАВТОВ
 И.Г. Попов Кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, полковник медицинской службы в отставке |
 П.А. Лозинский Кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, полковник медицинской службы запаса |
Теоретические и практические принципы, лежащие в основе научного обоснования питания и водообеспечения в космическом полете, были заложены в ИАМ им. академика И.П. Павлова в 1936-1943 гг. и затем в НИАМ в 1947-1959 гг. Основой явились работы по научному обоснованию питания военных летчиков в длительных полетах на самолетах [1-6].
Конечно, более полно весь опыт бортового питания и водоснабжения летчиков можно было применить только в полетах с продолжительностью до 1 суток. Для более продолжительных полетов требовалась разработка рационального питания в виде автономно действующих суточных рационов. Такой задачи перед питанием летного состава не ставилось, и оно базировалось всегда на сочетании предполетного, бортового и послеполетного питания.
В этих исследованиях было показано, что наряду с общими положениями о рациональном питании в полете должны учитываться специфические особенности обмена веществ в организме летчика, условия хранения и приема пищи на борту самолета, специальный подбор пищи, не отягощающий организм. Продукты, входящие в состав бортового пайка, должны обладать высокой питательной ценностью, быть легко усвояемыми, способствовать высотной устойчивости организма. Были сформулированы требования к продуктам с учетом их влияния на газообразование в желудочно-кишечном тракте, на потребность организма в воде, пригодности к употреблению без дополнительной кулинарной обработки; требования к вкусовым качествам продуктов, к объему отдельных приемов пищи и режиму питания.
С увеличением продолжительности полетов на самолетах были усилены санитарно-гигиенические требования к срокам хранения продуктов бортовых пайков для предупреждения ухудшения их вкусовых качеств и возможности пищевых отравлений [7, 8]. Разработаны рекомендации по предупреждению утомления в длительном полете путем повышения содержания витаминов в бортовом рационе [9-13].
Непосредственным прототипом рациона питания космонавтов для кратковременных полетов следует рассматривать бортовой паек для военных летчиков при длительных полетах на больших высотах при атмосферном давлении в кабине менее 405 мм рт. ст. [14,15]. Этот паек разработан в ИАиКМ в содружестве с технологами и включает консервированные продукты пюреобразной и жидкой консистенции, упакованные в алюминиевые тубы.
Проблема обеспечения экипажей космических кораблей пищей и водой при подготовке к первым полетам человека в космос была отнесена к числу основных.
Коллектив научных сотрудников ИАиКМ В.А. Петровых, П.П. Лобзин, М.И. Кузнецов, Р.В. Кудрова, Ю.Ф. Удалов под руководством Г.А. Арутюнова решал эту проблему, используя имевшийся опыт по обеспечению питания летного состава в длительных полетах и при моделировании космического полета в наземных условиях. В ходе выполнения работ по обеспечению космонавтов пищей и водой в кратковременных полетах на кораблях «Восток» и «Восход» были созданы системы питания, отвечающие ряду специфических требований.
Основные требования к системе питания для кратковременных полетов были сформулированы следующим образом:
рационы питания должны быть адекватны энерготратам космонавтов и полноценны по составу пищевых веществ, необходимых для обеспечения обменных процессов в организме на оптимальном уровне;
продукты, из которых состоит рацион, должны обладать соответствующими пищевыми качествами;
неусвояемые вещества должны содержаться в продуктах в незначительных количествах;
объем и вес продуктов должны быть минимальными;
пища должна оставаться доброкачественной на протяжении всего полета;
должны быть предусмотрены возможность и удобство приема пищи в условиях невесомости;
рацион питания должен комплектоваться из продуктов, готовых к употреблению без дополнительной обработки, нарезки и, по возможности, без подогрева в полете [16-18].
Система питания на кораблях для непродолжительных полетов включала следующие элементы: а) набор продуктов на полет или набор суточных рационов питания; б) контейнер для их хранения; в) приспособления, облегчающие прием пищи; г) контейнер для сбора и хранения пищевых остатков и освободившейся от продуктов упаковки [16].
Исследования по разработке рационов питания на первых этапах проводились в условиях, моделирующих режим труда и отдыха космонавтов в кабине летательного аппарата. Это позволило ориентировочно установить пищевую ценность рационов питания для каждого вида полетов в отношении как необходимого энергосодержания, так и химического состава. Одновременно оценивались различные виды пищевых продуктов, средства упаковки, хранения и приема пиши в полете.
Требования к пищевой ценности суточных рационов питания космонавтов обосновывались с учетом отечественных физиологических норм питания и уточнялись в процессе экспериментов, проводимых в помещении малого объема, в баро- и сурдокамерах с участием испытателей-добровольцев и будущих космонавтов [17, 18].
В результате подобных исследований был сделан вывод, что энергосодержание суточных рационов космонавтов при первых полетах кораблей «Восток» должно быть на уровне 2800 ккал/сут. Режим приема пищи был установлен 4 раза в сутки, с промежутками между приемами в 4-5 ч. Суточный рацион содержал около 100 г белка, 118 г жиров и 308 г углеводов. Для профилактики дефицита витаминов в условиях использования консервированных продуктов и предполагаемого повышенного расхода витаминов при воздействии стресс-факторов полета в рацион были включены поливитаминные таблетки. Драже включало витамины (в мг) С - 100, Р - 50, В1 - 2, В2 - 2, В6 - 2, РР - 15, пантотеновую кислоту - 10, Е - 5 [17, 18].
Вследствие специфических условий хранения и использования пищи в кабине космического корабля, не имеющего специального холодильного и кухонного оборудования, предъявлялись определенные требования к продуктам питания и их упаковке, а также к условиям приема пищи.
Пищевые продукты должны сохранять доброкачественность при хранении в кабине корабля, имеющей температуру воздушной среды 20-25°С, что резко ограничивает их ассортимент. Скоропортящиеся, свежеприготовленные продукты и готовые блюда для этих условий являются малопригодными. Пиша должна приниматься непосредственно из упаковки без дополнительной кулинарной обработки. Во время приема пища не должна быть источником! загрязнения воздушной среды мелкими частицами, которые могли бы попадать с вдыхаемым воздухом в дыхательные пути.
С учетом этих требований в набор продуктов рациона питания для полетов на кораблях «Восток-1» и «Восток-2» были включены только пюреобразные и жидкие продукты, упакованные в алюминиевые тубы и подвергнутые тепловой стерилизации в автоклавах. В каждой тубе содержалось около 160 г продукта. Пища из таких туб принималась космонавтами непосредственно без подогрева. Набор продуктов включал пюреобразные консервы (мясо с овощами, мясо с черносливом, мясо с крупами), паштеты (мясной, печеночный), соки (смородиновый, сливовый, яблочный), сыр шоколадный, кофе с молоком [18].
В полетах Ю.А. Гагарина на корабле «Восток-1» и Г.С. Титова на корабле «Восток-2» была получена информация о возможности приема человеком пищи в орбитальном полете. Никаких трудностей в приеме испытывавшихся продуктов космонавты не отмечали. Не было отмечено также изменений во вкусовой чувствительности [16-18]. Результаты оценки продуктов космонавтами в первых кратковременных полетах определили для научного коллектива ИАиКМ дальнейшую перспективу использования разнообразных форм продуктов в условиях последующих космических полетов.
Однако в достаточной мере оценить адекватность рационов питания потребностям организма космонавтов в этих полетах не представилось возможным ввиду относительной кратковременности полетов, а также трудностей методического характера.
 В.В. Терешкова перед полетом отрабатывает практические навыки по использованию в невесомости продуктов в тубах. |
Питание космонавтов на кораблях «Восток-3», «Восток-4», «Восток-5», «Восток-6», «Восход-1», «Восход-2» совершенствовалось и улучшалось путем расширения ассортимента продуктов суточного меню за счет включения в рацион разнообразных пищевых продуктов обычной плотной консистенции. Помимо жидких и пюреобразных продуктов в алюминиевых тубах в рацион включались мясные блюда - котлеты, мясо жареное, язык говяжий и др., а также сандвичи с паюсной и кетовой икрой, кусочки спинки воблы, кондитерские и хлебные изделия, свежие фрукты [19, 22].
Суточный рацион питания был разделен на четыре приема: завтрак первый, завтрак второй, обед и ужин. По программе полета промежутки между приемами пищи не должны были превышать 4-5 ч.
Неоднократные наземные испытания такого рациона в условиях с моделированием жизнедеятельности космонавтов в кабине корабля показали, что разработанный набор продуктов по своим вкусовым качествам, разнообразию блюд, ощущению сытости, удобству приема пищи вполне приемлем для непродолжительных полетов [19-22].
В целом космонавты космических кораблей «Восток», «Восход» положительно оценили систему питания и высказали пожелания об изменении ее отдельных элементов, дополнительном включении определенных продуктов и усовершенствовании их упаковки.
В то же время становилось очевидным, что применявшаяся система имеет ряд недостатков, прежде всего в отношении ограниченных сроков хранения (5-6 дней в охлажденном виде) на Земле; при транспортировке и в полете без холодильников. Для длительных полетов требовался совершенно другой рацион.
В 1965-1972 гг. коллективом отдела питания ИАиКМ под руководством И.Г. Попова и при участии Ю.Ф. Удалова, М.И. Кузнецова, А.А. Петровых, П.П. Лобаина, Р.В. Кудровой, С.А. Бугрова, В.Е. Поткина, И.А. Романовой, Н.А. Челноковой, А.А. Лацкевича проводились работы по физиолого-гигиеническому обоснованию систем питания космонавтов для полета продолжительностью 2 месяца и более применительно к планировавшимся полетам на космических кораблях типа «Союз», «Салют». После передачи работ по проекту «Союз» в ИМБП все усилия коллектива были сосредоточены на программе «Салют».
В ходе этих работ учитывалось влияние на пищеварительную систему невесомости, гипокинезии, измененного газового состава воздуха, сдвигов в режиме труда и отдыха, длительных нервно-эмоциональных перегрузок и утомления, длительной автономности питания.
На основании опыта питания космонавтов на кораблях «Восток» и «Восход» в суточные рационы питания были включены продукты, оправдавшие себя в полетах: пюреобразные супы в тубах, крем из творога, напитки. Существенным моментом в улучшении питания космонавтов явилось включение в систему питания специального подогревателя: для туб, консервных банок и хлеба. Мясные продукты приготавливались в виде традиционных консервов в 100-граммовых банках, принятых в авиации. Был увеличен ассортимент хлебных и кондитерских изделий, которые выпекались в форме небольших булочек или брикетиков «на один укус» и упаковывались в пакет из полиэтиленовой пленки. Ежедневно два раза в день космонавты должны были принимать поливитаминные драже, содержащие витамины А - 3300 ИЕ, В1 - 2,58 мг, В2 - 2 мг, В6 - 3 мг, В12 - 12 мкг, С - 75 мг, Е - 10 мг, никотинамид - 10 мг, фолиевую кислоту - 0,5 мг, пантотенат кальция - 3 мг, рутин - 10 мг. Этот комплекс широко известен как «Аэровит».
Рацион был составлен по трехдневному меню с четырехразовым приемом пищи в сутки. Калорийность рациона была около 2803 ккал и в нем содержалось белков - 139 г, жиров - 88 г, углеводов - 345 г. Рацион был сбалансирован по аминокислотам и содержанию минеральных веществ в соответствии с общефизиологическими нормами [23].
Вопрос о возможности и целесообразности использования для питания в космосе рационов с пищевой ценностью, соответствующей по большинству факторов (содержание нутриентов и их сбалансированность, энергетическая ценность, режим питания и т. д.) наземным физиологическим нормам питания, действующим в это время в нашей стране, был постоянно в центре внимания исследователей питания. Успешный опыт использования отечественных норм при разработке «реактивного пайка» в 1958 г. и в последующем подтверждал научную обоснованность такого подхода. В условиях космоса в обитаемой кабине в конце концов создается один из земных вариантов среды (за исключением невесомости). Поэтому и потребности организма в нутриентах и энергии подобны в целом земным в аналогичных гигиенических условиях. Дополнительно потребности организма должны быть уточнены в модельных экспериментах на Земле и в первых полетах в космосе, при этом идет уточнение потребности, в первую очередь, в таких нутриентах, как витамины, незаменимые аминокислоты, клетчатка, макроэлементы Са, К, Mg и др. Подобный подход оправдал себя, и у нас, и в США. Такой рацион предполагалось использовать в полетах до 1 месяца, при этом космонавтам гарантировалось достаточно рациональное питание, сбалансированное по питательной ценности в соответствии с физиологическими рекомендациями Института питания АМН СССР, разработанными под руководством академика А.А. Покровского в 1960-1968 гг.
Была создана достаточно большая кооперация, включающая более 20 научных и производственных организаций пищевой, мясомолочной, химической и других промышленностей для разработки большого ассортимента продуктов и надежной их упаковки в целях длительного хранения без холодильника и использования в условиях невесомости.
В связи с задачами обеспечения более длительных полетов в 1971 г. была завершена работа по физиолого-гигиеническому обоснованию рациона питания космонавтов в длительном полете (3 месяца и более) на основе сублимированных продуктов. Сублимация продуктов позволяет получить продукты высокого качества при сохранении натурального цвета, вкуса и запаха. Готовые продукты (супы, вторые блюда с гарниром и мясом, напитки, молоко), приготовленные методом сублимации, пригодны для длительного хранения (9-12 мес.), готовы к употреблению непосредственно из упаковки после их восстановления водой. При этом предусматривалось использование холодной и горячей воды, регенерированной с помощью специальной установки из атмосферной влаги [23-25]. Такие рационы были успешно использованы в макете корабля «Салют» до 90 суток.
В 1974 г. в рамках исследований по разработке методов и средств медицинского обеспечения длительных космических полетов человека на космическом комплексе была завершена разработка физиолого-гигиенических и эксплуатационных требований к системе питания и водоснабжения в целом. Были разработаны:
биотехнология системы питания экипажа космического корабля при продолжительности полета 30 суток, включая организацию и технологию питания с применением продуктов, консервированных тепловым способом и сублимированном, от приготовления пищи до складирования пищевых отходов; биотехнология пищевого и питьевого водообеспечения на основе использования консервированной воды; бортовая инструкция по питанию и водообеспечению космонавтов в полете, а также методика оценки системы питания и водообеспечения космонавтов в полете.
Все эти работы позволили подготовить обеспечение экипажа «Салют-3» и «Салют-5» пищей и водой в достаточных количествах для сохранения здоровья и работоспособности в полете. Впервые в полете было проведено восстановление сублимированных продуктов с помощью специальной установки для регенерации воды из атмосферной влаги, что позволило сделать вывод о перспективности использования этой системы питания и водообеспечения. Эти работы возглавлял И.Г. Попов, участвовали в работах С.А. Бугров, В.Е. Поткин, А.А. Лацкевич, П.А. Лозинский, И.А. Романова, Н.А. Челнокова [22-25]. Рационы и продукты такого типа успешно использовались в полетах на ОК «Салют» и «Мир» с продолжительностью до 1 года.
 Группа сотрудников отдела питания совместно с представителями Всесоюзного НИИ консервной промышленности оценивают варианты укладки новых рационов питания для экипажа орбитальной станции «Салют-3» |
В 1970-1975 гг. были проведены исследования по разработке водно-пищевого рациона и режима питания летчиков-космонавтов в загерметизированных скафандрах. Работы проводились в рамках исследований по подготовке полета к Луне и высадке космонавта на ее поверхность. Рацион был разработан на основе плодово-ягодных соков с добавкой углеводов, минеральных веществ и белкового гидролизата и обеспечивал человека питанием и водой в загерметизированном скафандре на протяжении 5 суток. Были отработаны МТТ к инженерной части системы питания, работу возглавлял С.А. Бугров при научном руководстве И.Г. Попова и участии П.А. Лозинского, А.А. Лацкевича, В.Е. Поткина, И.А. Романовой, Н.А. Челноковой [29, 30]. Эти исследования позволили определить сроки питания жидкими смесями без применения в скафандре калоприемника.
В 1983-1984 гг. было проведено исследование по соответствию бортового питания потребностям организма космонавтов в кратковременных и длительных полетах применительно к задачам профессиональной деятельности экипажей многоразовых космических кораблей (МКК). Основная разработка этих рационов была поручена ИМБП МЗ СССР. На основании результатов физиолого-гигиенической оценки рационов питания для экипажей МКК, обобщения опыта обеспечения питанием экипажей в проводившихся ранее космических полетах, а также учета особенностей жизнедеятельности этих экипажей были разработаны рекомендации по дальнейшему совершенствованию ТТТ к бортовым рационам питания. Проведены поисковые исследования по изменению рациона питания в целях ускорения адаптации организма космонавтов к условиям невесомости. Работа выполнялась под научным руководством И.Г. Попова при участии А.А. Лацкевича, В.Е. Поткина, П.А. Лозинского, Н.Н. Сарычевой, B.C. Панченко, Б.Ф. Асямолова, С.В. Калинкина [26-28].
С целью дальнейшего совершенствования сбалансированности важнейших нутриентов в рационе космонавтов в 1970-1975 гг. проводилась большая исследовательская работа по изучению динамики в полете содержания свободных аминокислот в плазме крови у космонавтов до и после полета. Для этой цели был использован новый анализатор аминокислот «Хитачи». Эти уникальные исследования позволили подтвердить достаточное в целом обеспечение организма аминокислотами, за исключением серосодержащих, что требует совершенствования рациона в этом направлении [34-38].
1.Андреев В.В., Трофимук Н.А.Высотное питание // Воен.-сан. дело. - 1936. - № 1-2. - С. 74-79.
2.Холин С.С.О питании летного состава // Воен.-сан. дело. - 1937. - № 4.
3.Холин С.С.Питание летного состава // Физиология высотного полета. - Биомедгиз, 1938. - С. 125-129.
4.Арутюнов Г.А., Холин С.С.Питание летного состава // Воен.-сан. дело. -1939.-№1.
5.Арутюнов Г.А.К вопросу о питании летчика // Воен.-сан. дело. - 1940. - № 7.
6.Стрельцов В.В.Обмен веществ и кислотно-щелочное равновесие при кислородном голодании и питании летчиков//Клиническая медицина. - 1941. - Т. 19, №5.-С. 197.
7.Кузнецов М.И.Питание на борту самолета при длительных полетах //
Некоторые вопросы авиационной гигиены. - М.: Воениздат, 1953. - Ч. 2.- С. 31.
8.Кузнецов М.И., Лобзин П.П., Удалов Ю.Ф.Питание на самолетах при длительных полетах // Тыл и снабжение Советской Армии. - 1957. - № 8. - С. 52.
9.Арутюнов Г.А.Изучение влияния добавочной витаминизации питания летчика на выносливость к полету // Авиационная медицина: Информ. бюлл. - 1947. - № 2/3. - С. 25.
10.Удалов Ю.Ф.О потребности организма лиц летного состава в некоторых витаминных группах В // Воен.-мед. журн. - 1956. - № 2. - С. 41.
11.Удалов Ю.Ф. Овлиянии высотных подъемов на обмен витаминов в организме человека // Воен.-мед. журн. - 1957. - № 7. - С. 79.
12.Петровых В.А., Арутюнов Г.А., Ефремов В.В.и др. Влияние витаминов на работоспособность человека в условиях длительного пребывания в барокамере // 12-я науч. сессия Ин-та питан. - М., 1958. - С. 98.
13.Удалов Ю.Ф., Кузнецов М.И., Лозутянский Н.П.Опыт массовой витаминизации летного состава в условиях Севера // Воен.-мед. журн. - 1959. - №1.-С. 69.
14.Кузнецов М.И., Петровых В.А., Лобзин П.П., Кудрова В.В.Питание летного состава при надетой кислородной маске на борту самолета // Воен.-мед. журн. - 1958. - № 7. - С. 82.
15.Кудрова Р.В.Разработка консервов для питания летного состава в высотном полете: Дисс. канд. мед. наук. - М., 1959.
16.Попов И.Г.Питание и водоснабжение // Основы космической биологии и медицины: Совместное советско-американское издание. - М.: Наука, 1975. - Т. 3. - С. 35-70.
17. Первые космические полеты человека / Под ред.М.Н. Сисакяна, В.И. Яздовского.- М.: АН СССР, 1962. - С. 37-39.
18. Отчет ИАиКМ(Арутюнов Г.А., Лобзин П.П., Петровых В.А.и др.). - 1961.-158 с.
19. Отчет ИАиКМ(Еремин А.В., Лебедев В.И., Попов И.Г.и др.). - 1965. - 100 с.
20. Отчет ИАиКМ(Еремин А.В., Лебедев В.И., Попов И.Г.и др.). - 1965. - 147 с.
21. Первый групповой космический полет / Под ред.Н.М. Сисакяна, В.И. Яздовского. -М., 1984.
22.Попов И.Г.Некоторые итоги изучения питания космонавтов в полете / / Матер. XVI науч. сессии Ин-та питан. АМН СССР / Подред. А.Л. Покровского.- М.: Медицина, 1966. - С. 138-140.
23. Отчет ИАиКМ(Генин А.М., Попов В.А., Смирнов В.А. идр.). - 1971. - 498 с.
24. Отчет ИАиКМ(Генин А.М., Смирнов В.А., Васильев П.В.и др.). - 1971.-89 с.
25.Попов И.Г., Поткин В.Е., Лацкевич А.А.и др. Питание космонавтов в длительных полетах // Авиакосмическая медицина: Тез. докл. VI Всесоюз. конф. по космич. биол. и авиакосмич. мед. - М.: Калуга, 1979. - Ч. 2. - С. 117.
26. Отчет ИАиКМ(Панченко B.C., Асямолов Б.Ф., Попов И.Г. идр.). - 1982. - 109 с.
27. Отчет ИАиКМ(Остапенко О.Ф., Панченко В.С., ПоповИ.Г. и др.). - 1982.
28. Отчет ИАиКМ(Попов И.Г., Поткин В.Е., Лацкевич А.А.и др.). - 1984. -48с.
29. Отчет ИАиКМ(Попов И.Г., Барер А.С., Бугров С.А.и др.). - 1982. - 78с.
30. Отчет ИАиКМ(Попов И.Г., Барер А.С., Бугров С.А.и др.). - 1975. - 94с.
31.Кузнецова Л.И., Гельфанд С.Ю., Попов И.Г.и др. Пищевая ценность консервированных продуктов в тубах для питания летчиков и космонавтов // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1983. - № 2. - С. 30-35.
32.Петровых В.А., Попов И.Г., Лобзин П.П.// Воен.-мед. журн. - 1960. - №10.-С. 61-63.
33. Теория и практика авиационной медицины/Исаков П.К., Иванов Д.И., Попов И.Г.и др.; 2-е изд. - М., 1975. - С. 102-105.
34.Попов И.Г., Лацкевич А.А.Влияние 48-суточного полета на содержание аминокислот экипажа «Салют-5» // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1982. - № 2. - С. 14-19.
35.Попов И.Г., Лацкевич А.А.Свободные аминокислоты крови до и после 21-суточного полета экипажа «Салют-5» (вторая экспедиция) // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1983. - № 1. - С. 15-20.
36.Попов И.Г., Лацкевич А.А.Некоторые особенности содержания аминокислот в крови у космонавтов, совершивших 185-суточный полет // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1983. - № 3. - С. 23-29.
37.Попов И.Г., Лацкевич А.А.Аминокислоты крови у космонавтов до и после 211-суточного космического полета // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1984. - № 6. - С. 10-15.
38.Попов И.Г., Лацкевич А.А.Влияние 140-суточного полета на содержание аминокислот в крови космонавтов // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1983. - № 2. - С. 23-30.
39.Попов И.Г., Лацкевич А.А.Содержание аминокислоты плазмы крови в условиях гипокинезии // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1984. -. № 3. - С. 25-34.