Analyse kan forudsige individuelle forskelle i kardiovaskulære reaktioner på ændret tyngdekraft

Med nylige forsøg på rumrejser af forretningsmoguler som Jeff Bezos og Richard Branson, at besøge kanten af ​​rummet har aldrig været mere inden for rækkevidde af kommercielle rejser. Imidlertid, i disse højder, passagerer oplever vægtløshed, eller mere generelt, ændret tyngdekraft, som kan påvirke kroppens normale fysiologi.

I en undersøgelse, Texas A&M University-forskere har brugt en simulationsbaseret tilgang til nøjagtigt at forudsige virkningerne af ændret tyngdekraft på individuel basis. Deres tilgang udelukker behovet for samtidig test af hundredvis af parametre til at estimere den kardiovaskulære tilstand af et individ; hellere, den fokuserer på en håndfuld væsentlige faktorer, øger nøjagtigheden og sparer tid.

"Forståelse af menneskelige fysiologiske reaktioner i ændrede tyngdekraftsmiljøer bliver absolut nødvendigt, hvis vi ønsker at skubbe mod nye grænser i rumfart, " sagde Dr. Ana Diaz-Artiles, adjunkt ved Institut for Luftfartsteknik. "Men ikke to mennesker er ens, og vi er nødt til at udvikle værktøjer til at individualisere fysiologiske forudsigelser hurtigt og præcist. Vores undersøgelse adresserer dette hul."

Forskerne har rapporteret resultaterne af deres undersøgelse i Journal of Applied Physiology .

I løbet af de millioner af års liv på vores planet, tyngdekraften har været en tavs, men central indflydelse på de fysiologiske processer af alle levende ting. Dermed, i ændret tyngdekraft, der er en konsekvens af deres fysiologi. For eksempel, undersøgelser har vist, at vægtløshed gør det svært at vande planter, forårsager vandfyldning og forhindrer vækst. Hos mennesker, mikrogravitation kan også have negative virkninger. For eksempel, ændret tyngdekraft får kropsvæsker til at flytte sig mod hovedet, faldende cirkulerende blodvolumen og hjerteatrofi, blandt andre komplikationer.

Detaljerede undersøgelser af kardiovaskulær adfærd i mikrogravitation har været afhængig af jordbaserede eksperimenter med menneskelige forsøgspersoner ved at fastgøre dem på genstande, der efterligner oplevelsen af ​​ændret tyngdekraft. Imidlertid, denne tilgang er tidskrævende og kræver typisk en utrolig stor pulje af fag. Forskerne sagde, at en alternativ tilgang er at bruge computersimuleringer af det kardiovaskulære system til at forudsige de fysiologiske virkninger af miljøer med ændret tyngdekraft.

Imidlertid, disse simuleringer har også deres akilleshæl, kræver hundredvis af parametre for deres forudsigelse lige fra arteriernes elasticitet, vener og hjertekamre til de forskellige modstande mod blodgennemstrømning i forskellige dele af kroppen. Også, der er stor variation i disse parametre mellem forskellige individer, gør det sværere at individualisere computermodellen for at forudsige specifikke svar for hver person.

For at overvinde disse forhindringer, Richard Whittle, doktorand i Diaz-Artiles' laboratorium, udført en matematisk teknik kaldet sensitivitetsanalyse for at bortfiltrere de parametre, som beregningsmodellen var mest lydhør over for. Så, med den systematiske og omfattende følsomhedsanalyse, forskerne fandt, hvilke parametre der var mest kritiske til at forudsige de kortsigtede kardiovaskulære reaktioner på forskellige niveauer af ændret tyngdekraft.

Deres analyse afslørede, at parametre relateret til trykket i de store vener og det højre hjerte, der pumper blod til lungerne, var de mest dominerende, hvilket kom som en overraskelse, da det venstre hjerte er det, der faktisk pumper blod til aorta og resten af ​​kroppen og derfor, oprindeligt forventes at have en større indflydelse på modellens resultater.

"Det viser sig, at det venstre hjerte er overdesignet, den er ret god til at operere ved en lang række fysiske anstrengelser, og den tilpasser sig godt til større efterspørgsel efter iltet blod, hvis det er nødvendigt, " sagde Whittle. "Mens det højre hjerte er en systemisk flaskehals, så enhver form for svaghed i den flaskehals kan forplante sig gennem systemet."

Forskerne bemærkede, at analysen ikke tyder på, at de andre parametre ikke er vigtige, men en nøjagtig estimering af væsentlige parametre er afgørende for at give nøjagtige forudsigelser af individuelle svar. Ud over, forskere fandt, at den delmængde af parametre, der har størst indflydelse på modelresultater, forbliver ens på tværs af forskellige tyngdekraftsniveauer.

"Vi har taget det næste skridt i at personalisere forudsigelsen af ​​kardiovaskulære reaktioner i forskellige ændrede tyngdekraftsmiljøer, " sagde Diaz-Artiles. "Selvom vores undersøgelse har været fokuseret på at undersøge den kortsigtede tilpasning af det kardiovaskulære system til miljøer med ændret tyngdekraft, vi planlægger at udvide vores analyse til at omfatte langsigtede ændringer, der opstår i ændrede tyngdekraftsforhold på individuel basis."