Con le recenti incursioni nello spazio di magnati degli affari come Jeff Bezos e Richard Branson, visitare i confini dello spazio non è mai stato più alla portata dei viaggi commerciali. Però, a queste altitudini, i passeggeri sperimentano l'assenza di gravità, o più in generale, gravità alterata, che possono influenzare la normale fisiologia del corpo.

In uno studio, I ricercatori della Texas A&M University hanno utilizzato un approccio basato sulla simulazione per prevedere con precisione gli effetti della gravità alterata su base individuale. Il loro approccio preclude la necessità di testare simultaneamente centinaia di parametri per stimare lo stato cardiovascolare di un individuo; piuttosto, si concentra su una manciata di fattori significativi, aumentando la precisione e risparmiando tempo.

"Comprendere le risposte fisiologiche umane in ambienti di gravità alterata diventa assolutamente necessario se vogliamo spingere verso nuove frontiere nei viaggi spaziali, " ha detto la dottoressa Ana Diaz-Artiles, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale. "Ma non esistono due persone uguali, e abbiamo bisogno di sviluppare strumenti per individualizzare le previsioni fisiologiche in modo rapido e preciso. Il nostro studio affronta questo divario".

I ricercatori hanno riportato i risultati del loro studio in Il Giornale di Fisiologia Applicata .

Nei milioni di anni di vita sul nostro pianeta, la gravità è stata un'influenza silenziosa ma fondamentale sui processi fisiologici di tutti gli esseri viventi. Così, in gravità alterata, c'è un conseguente tributo sulla loro fisiologia. Per esempio, studi hanno dimostrato che l'assenza di gravità rende difficile l'irrigazione delle piante, causando ristagni d'acqua e impedendo la crescita. Negli umani, anche la microgravità può avere effetti negativi. Per esempio, la gravità alterata fa sì che i fluidi corporei si spostino verso la testa, diminuzione del volume sanguigno circolante e atrofia cardiaca, tra le altre complicazioni.

Indagini dettagliate sul comportamento cardiovascolare in condizioni di microgravità si sono basate su esperimenti a terra con soggetti umani fissandoli su aggeggi che imitano l'esperienza della gravità alterata. Però, questo approccio richiede molto tempo e in genere richiede un pool di soggetti incredibilmente ampio. I ricercatori hanno affermato che un approccio alternativo utilizza simulazioni al computer del sistema cardiovascolare per prevedere gli effetti fisiologici degli ambienti a gravità alterata.

Però, anche queste simulazioni hanno il loro tallone d'Achille, richiedendo centinaia di parametri per la loro previsione che vanno dall'elasticità delle arterie, vene e camere del cuore alle varie resistenze al flusso sanguigno in diverse parti del corpo. Anche, c'è una grande variazione di questi parametri tra i diversi individui, rendendo più difficile individuare il modello informatico per prevedere risposte specifiche per ogni persona.

Per superare questi ostacoli, Richard Whittle, dottorando nel laboratorio di Diaz-Artiles, ha eseguito una tecnica matematica chiamata analisi di sensibilità per vagliare i parametri a cui il modello computazionale era più reattivo. Così, con l'analisi di sensibilità sistematica e completa, i ricercatori hanno scoperto quali parametri erano più critici per prevedere le risposte cardiovascolari a breve termine a vari livelli di gravità alterata.

La loro analisi ha rivelato che i parametri relativi alla pressione delle grandi vene e del cuore destro che pompa il sangue ai polmoni erano i più dominanti, che è stata una sorpresa poiché il cuore sinistro è quello che pompa effettivamente il sangue all'aorta e al resto del corpo e quindi, ci si aspettava originariamente che avesse una maggiore influenza sui risultati del modello.

"Si scopre che il cuore sinistro è sovradimensionato, è abbastanza bravo a operare in una vasta gamma di sforzi fisici e si adatta bene a una maggiore richiesta di sangue ossigenato se necessario, "ha detto Whittle. "Mentre il cuore destro è un collo di bottiglia sistemico, quindi qualsiasi tipo di debolezza in quel collo di bottiglia può propagarsi attraverso il sistema."

I ricercatori hanno notato che l'analisi non suggerisce che gli altri parametri non siano importanti, ma una stima accurata dei parametri significativi è fondamentale per fornire previsioni accurate delle risposte individuali. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il sottoinsieme di parametri con la maggiore influenza sui risultati del modello rimane simile a diversi livelli di gravità.

"Abbiamo compiuto il passo successivo nella personalizzazione della previsione delle risposte cardiovascolari in diversi ambienti di gravità alterata, " ha detto Diaz-Artiles. "Sebbene il nostro studio si sia concentrato sull'investigazione dell'adattamento a breve termine del sistema cardiovascolare ad ambienti a gravità alterata, abbiamo in programma di estendere la nostra analisi per includere i cambiamenti a lungo termine che si verificano in condizioni di gravità alterate su base individuale".