Avec les récentes incursions dans les voyages spatiaux par des magnats des affaires comme Jeff Bezos et Richard Branson, visiter les confins de l'espace n'a jamais été aussi à la portée des voyages commerciaux. Cependant, à ces altitudes, les passagers ressentent l'apesanteur, ou plus généralement, gravité altérée, qui peuvent affecter la physiologie normale du corps.

Dans une étude, Les chercheurs de la Texas A&M University ont utilisé une approche basée sur la simulation pour prédire avec précision les effets de la gravité altérée sur une base individuelle. Leur approche évite la nécessité de tester simultanément des centaines de paramètres pour estimer l'état cardiovasculaire d'un individu; plutôt, il se concentre sur une poignée de facteurs importants, augmentation de la précision et gain de temps.

« Comprendre les réponses physiologiques humaines dans des environnements gravitationnels altérés devient absolument nécessaire si nous voulons repousser les frontières des voyages spatiaux, " a déclaré le Dr Ana Diaz-Artiles, professeur adjoint au Département de génie aérospatial. "Mais il n'y a pas deux personnes identiques, et nous devons développer des outils pour individualiser les prédictions physiologiques rapidement et précisément. Notre étude comble cette lacune. »

Les chercheurs ont rapporté les résultats de leur étude en Le Journal de Physiologie Appliquée .

Au cours des millions d'années de vie sur notre planète, la gravité a été un influenceur silencieux mais clé sur les processus physiologiques de tous les êtres vivants. Ainsi, en gravité altérée, il y a un péage conséquent sur leur physiologie. Par exemple, des études ont montré que l'apesanteur rend l'arrosage des plantes difficile, provoquant l'engorgement et empêchant la croissance. Chez l'homme, la microgravité peut également avoir des effets indésirables. Par exemple, la gravité altérée provoque le déplacement des fluides corporels vers la tête, diminution du volume sanguin circulant et atrophie cardiaque, entre autres complications.

Des enquêtes détaillées sur le comportement cardiovasculaire en microgravité se sont appuyées sur des expériences au sol avec des sujets humains en les fixant sur des engins qui imitent l'expérience de la gravité altérée. Cependant, cette approche prend du temps et nécessite généralement un nombre incroyablement important de sujets. Les chercheurs ont déclaré qu'une autre approche consiste à utiliser des simulations informatiques du système cardiovasculaire pour prédire les effets physiologiques des environnements à gravité altérée.

Cependant, ces simulations ont aussi leur talon d'Achille, nécessitant des centaines de paramètres pour leur prédiction allant de l'élasticité des artères, veines et cavités cardiaques aux diverses résistances à la circulation sanguine dans les différentes parties du corps. Aussi, il existe une grande variation de ces paramètres entre les différents individus, ce qui rend plus difficile l'individualisation du modèle informatique pour prédire des réponses spécifiques pour chaque personne.

Pour surmonter ces obstacles, Richard Whittle, doctorant au laboratoire Diaz-Artiles, ont effectué une technique mathématique appelée analyse de sensibilité pour tamiser les paramètres auxquels le modèle informatique était le plus réactif. Donc, avec l'analyse de sensibilité systématique et complète, les chercheurs ont découvert quels paramètres étaient les plus critiques pour prédire les réponses cardiovasculaires à court terme à divers niveaux de gravité altérée.

Leur analyse a révélé que les paramètres liés à la pression des grosses veines et du cœur droit qui pompe le sang vers les poumons étaient les plus dominants, ce qui a été une surprise puisque le cœur gauche est celui qui pompe réellement le sang vers l'aorte et le reste du corps et donc, devait initialement avoir une plus grande influence sur les résultats du modèle.

"Il s'avère que le cœur gauche est surdimensionné, il est assez bon pour fonctionner à une large gamme d'efforts physiques et il s'adapte bien à une plus grande demande de sang oxygéné si nécessaire, " a déclaré Whittle. " Alors que le cœur droit est un goulot d'étranglement systémique, donc tout type de faiblesse dans ce goulot d'étranglement peut se propager dans le système."

Les chercheurs ont noté que l'analyse ne suggère pas que les autres paramètres ne sont pas importants, mais une estimation précise des paramètres significatifs est essentielle pour fournir des prédictions précises des réponses individuelles. En outre, les chercheurs ont découvert que le sous-ensemble de paramètres ayant le plus d'influence sur les résultats du modèle reste similaire à différents niveaux de gravité.

« Nous avons franchi une nouvelle étape en personnalisant la prédiction des réponses cardiovasculaires dans différents environnements de gravité modifiés, " a déclaré Diaz-Artiles. " Bien que notre étude se soit concentrée sur l'étude de l'adaptation à court terme du système cardiovasculaire aux environnements de gravité altérée, nous prévoyons d'étendre notre analyse pour inclure les changements à long terme qui se produisent dans des conditions de gravité modifiées sur une base individuelle."