Met recente uitstapjes naar ruimtevaart door zakenmagnaten als Jeff Bezos en Richard Branson, een bezoek aan de rand van de ruimte was nog nooit zo gemakkelijk binnen het bereik van commercieel reizen. Echter, op deze hoogten, passagiers ervaren gewichtloosheid, of meer in het algemeen, veranderde zwaartekracht, die de normale fysiologie van het lichaam kunnen beïnvloeden.

In een onderzoek, Onderzoekers van de Texas A&M University hebben een op simulatie gebaseerde benadering gebruikt om de effecten van veranderde zwaartekracht op individuele basis nauwkeurig te voorspellen. Hun benadering sluit de noodzaak uit om tegelijkertijd honderden parameters te testen voor het schatten van de cardiovasculaire toestand van een individu; liever, het richt zich op een handvol belangrijke factoren, nauwkeurigheid verhogen en tijd besparen.

"Het begrijpen van menselijke fysiologische reacties in veranderde zwaartekrachtomgevingen wordt absoluut noodzakelijk als we nieuwe grenzen willen verleggen in de ruimtevaart, " zei Dr. Ana Diaz-Artiles, universitair docent bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. "Maar geen twee mensen zijn hetzelfde, en we moeten instrumenten ontwikkelen om fysiologische voorspellingen snel en nauwkeurig te individualiseren. Onze studie lost die lacune op."

De onderzoekers hebben de resultaten van hun onderzoek gerapporteerd in The Journal of Applied Physiology .

Gedurende de miljoenen jaren van leven op onze planeet, zwaartekracht is een stille maar belangrijke invloed geweest op de fysiologische processen van alle levende wezens. Dus, in veranderde zwaartekracht, er is een consequente tol op hun fysiologie. Bijvoorbeeld, studies hebben aangetoond dat gewichtloosheid het bewateren van planten moeilijk maakt, wateroverlast veroorzaken en groei voorkomen. In mensen, microzwaartekracht kan ook nadelige effecten hebben. Bijvoorbeeld, veranderde zwaartekracht zorgt ervoor dat lichaamsvloeistoffen naar het hoofd verschuiven, afnemend circulerend bloedvolume en hartatrofie, onder andere complicaties.

Gedetailleerd onderzoek naar cardiovasculair gedrag bij microzwaartekracht is gebaseerd op experimenten op de grond met menselijke proefpersonen door ze vast te maken aan constructies die de ervaring van veranderde zwaartekracht nabootsen. Echter, deze aanpak is tijdrovend en vereist doorgaans een ongelooflijk grote pool van onderwerpen. De onderzoekers zeiden dat een alternatieve benadering het gebruik van computersimulaties van het cardiovasculaire systeem is om de fysiologische effecten van omgevingen met veranderde zwaartekracht te voorspellen.

Echter, deze simulaties hebben ook hun achilleshiel, honderden parameters nodig hebben voor hun voorspelling, variërend van de elasticiteit van de slagaders, aderen en kamers van het hart tot de verschillende weerstanden tegen de bloedstroom in verschillende delen van het lichaam. Ook, er is een grote variatie in deze parameters tussen verschillende individuen, waardoor het moeilijker wordt om het computermodel te individualiseren om specifieke reacties voor elke persoon te voorspellen.

Om deze obstakels te overwinnen, Richard Whittle, doctoraatsstudent in het laboratorium van Diaz-Artiles, voerde een wiskundige techniek uit, gevoeligheidsanalyse genaamd, om de parameters te filteren waarop het rekenmodel het meest reageerde. Dus, met de systematische en uitgebreide gevoeligheidsanalyse, de onderzoekers ontdekten welke parameters het meest kritisch waren voor het voorspellen van de cardiovasculaire reacties op korte termijn op verschillende niveaus van veranderde zwaartekracht.

Uit hun analyse bleek dat parameters die verband houden met de druk van de grote aderen en het rechter hart dat bloed naar de longen pompt, het meest dominant waren. wat als een verrassing kwam aangezien het linker hart degene is die het bloed naar de aorta en de rest van het lichaam pompt en daarom, oorspronkelijk werd verwacht dat het een grotere invloed zou hebben op de modeluitkomsten.

"Blijkt dat het linkerhart overontworpen is, het is behoorlijk goed in het werken bij een groot aantal fysieke inspanningen en het past zich goed aan aan de grotere vraag naar zuurstofrijk bloed indien nodig, "zei Whittle. "Terwijl het rechterhart een systemische bottleneck is, dus elke vorm van zwakte in dat knelpunt kan zich door het systeem verspreiden."

De onderzoekers merkten op dat de analyse niet suggereert dat de andere parameters niet belangrijk zijn, maar een nauwkeurige schatting van significante parameters is van cruciaal belang om nauwkeurige voorspellingen van individuele reacties te geven. In aanvulling, onderzoekers ontdekten dat de subset van parameters met de meeste invloed op de modeluitkomsten vergelijkbaar blijft over verschillende zwaartekrachtniveaus.

"We hebben de volgende stap gezet in het personaliseren van de voorspelling van cardiovasculaire reacties in verschillende veranderde zwaartekrachtomgevingen, " zei Diaz-Artiles. "Hoewel onze studie is gericht op het onderzoeken van de kortetermijnaanpassing van het cardiovasculaire systeem aan omgevingen met veranderde zwaartekracht, we zijn van plan onze analyse uit te breiden met langetermijnveranderingen die optreden in veranderde zwaartekrachtomstandigheden op individuele basis."