Med de senaste razziorna i rymdresor av affärsmoguler som Jeff Bezos och Richard Branson, att besöka kanten av rymden har aldrig varit mer inom ramen för kommersiella resor. Dock, på dessa höjder, passagerare upplever viktlöshet, eller mer allmänt, förändrad gravitation, som kan påverka kroppens normala fysiologi.

I en studie, Forskare från Texas A&M University har använt en simuleringsbaserad metod för att exakt förutsäga effekterna av förändrad gravitation individuellt för individen. Deras tillvägagångssätt utesluter behovet av att samtidigt testa hundratals parametrar för att uppskatta det kardiovaskulära tillståndet hos en individ; snarare, den fokuserar på en handfull viktiga faktorer, öka noggrannheten och spara tid.

"Att förstå mänskliga fysiologiska svar i förändrade gravitationsmiljöer blir absolut nödvändigt om vi vill driva mot nya gränser i rymdresor, " sa Dr. Ana Diaz-Artiles, biträdande professor vid institutionen för flygteknik. "Men ingen är den andra lik, och vi behöver utveckla verktyg för att individualisera fysiologiska förutsägelser snabbt och exakt. Vår studie tar itu med den klyftan."

Forskarna har rapporterat resultaten av sin studie i Journal of Applied Physiology .

Under miljontals år av liv på vår planet, gravitationen har varit en tyst men viktig påverkan på de fysiologiska processerna för allt levande. Således, i förändrad gravitation, det finns en följd av deras fysiologi. Till exempel, studier har visat att viktlöshet gör det svårt att vattna växter, orsakar vattenförsämring och förhindrar tillväxt. I människor, mikrogravitation kan också ha negativa effekter. Till exempel, förändrad gravitation gör att kroppsvätskor flyttas mot huvudet, minskad cirkulerande blodvolym och hjärtatrofi, bland andra komplikationer.

Detaljerade undersökningar av kardiovaskulärt beteende i mikrogravitation har förlitat sig på markbaserade experiment med mänskliga försökspersoner genom att fästa dem på enheter som efterliknar upplevelsen av förändrad gravitation. Dock, detta tillvägagångssätt är tidskrävande och kräver vanligtvis en otroligt stor pool av ämnen. Forskarna sa att ett alternativt tillvägagångssätt är att använda datorsimuleringar av det kardiovaskulära systemet för att förutsäga de fysiologiska effekterna av miljöer med förändrad gravitation.

Dock, dessa simuleringar har också sin akilleshäl, kräver hundratals parametrar för deras förutsägelse, allt från artärernas elasticitet, hjärtans vener och kammare till olika motstånd mot blodflödet i olika delar av kroppen. Också, det finns en stor variation i dessa parametrar mellan olika individer, vilket gör det svårare att individualisera datormodellen för att förutsäga specifika svar för varje person.

För att övervinna dessa hinder, Richard Whittle, doktorand i Diaz-Artiles laboratorium, utförde en matematisk teknik som kallas känslighetsanalys för att sålla ut de parametrar som beräkningsmodellen var mest lyhörd för. Så, med den systematiska och omfattande känslighetsanalysen, forskarna fann vilka parametrar som var mest kritiska för att förutsäga de kortsiktiga kardiovaskulära reaktionerna på olika nivåer av förändrad gravitation.

Deras analys visade att parametrar relaterade till trycket i de stora venerna och det högra hjärtat som pumpar blod till lungorna var de mest dominerande, vilket kom som en överraskning eftersom det vänstra hjärtat är det som faktiskt pumpar blod till aortan och resten av kroppen och därför, förväntades ursprungligen ha ett större inflytande på modellens resultat.

"Det visar sig att det vänstra hjärtat är överdesignat, den är ganska bra på att arbeta vid ett stort antal fysiska ansträngningar och den anpassar sig väl till större efterfrågan på syresatt blod om det behövs, " sa Whittle. "Medan det högra hjärtat är en systemisk flaskhals, så alla slags svagheter i den flaskhalsen kan fortplanta sig genom systemet."

Forskarna noterade att analysen inte tyder på att de andra parametrarna inte är viktiga, men en korrekt uppskattning av signifikanta parametrar är avgörande för att ge korrekta förutsägelser av individuella svar. Dessutom, forskare fann att den delmängd av parametrar som har störst inflytande på modellens resultat förblir likartad över olika gravitationsnivåer.

"Vi har tagit nästa steg i att personifiera förutsägelsen av kardiovaskulära reaktioner i olika förändrade gravitationsmiljöer, ", sa Diaz-Artiles. "Även om vår studie har fokuserat på att undersöka den kortsiktiga anpassningen av det kardiovaskulära systemet till miljöer med förändrad gravitation, vi planerar att utöka vår analys till att inkludera långsiktiga förändringar som inträffar i förändrade gravitationsförhållanden på individuell basis."