Tradycyjnie medycyna kosmiczna skupiała się na wpływie mikrograwitacji na zdrowych astronautów. W przyszłości komercyjne podróże kosmiczne będą stawać się coraz bardziej dostępne. Wśród kosmicznych turystów pojawią się starsze, zamożne osoby cierpiące na różne przewlekłe schorzenia, na przykład cukrzycę czy niewydolność serca. W przeciwieństwie do zawodowych astronautów zazwyczaj nie przechodzą oni rygorystycznych badań kontrolnych ani treningu fizycznego. Jak lot w kosmos wpłynie na ich zdrowie? Problem ten dostrzegł zawczasu dr Lex van Loon, adiunkt Australian National University oraz Uniwersytetu Twente w Holandii.

Badania van Loona (https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1351985) koncentrują się na specyficznych dla pacjenta dynamicznych modelach fizjologii człowieka. Naukowiec wykorzystuje modelowanie matematyczne i sztuczną inteligencję do tworzenia "cyfrowych bliźniaków" - medycznych modeli pacjentów.

Tym razem van Loon i jego współpracownicy wykorzystali matematyczny model układu krążenia i płuc do symulacji wpływu związanej z lotem w kosmos mikrograwitacji na ludzi, którzy nie są przeszkolonymi astronautami i mogą mieć podstawowe problemy zdrowotne, takie jak choroby serca.

Niewydolność serca dotyczy ponad 100 milionów ludzi na całym świecie. Nie jest stanem jednolitym: można ją ogólnie podzielić na dwa typy. W pierwszym przypadku osłabione serce nie jest w stanie skutecznie pompować krwi. Drugi typ charakteryzuje się niezdolnością serca do rozkurczenia się i prawidłowego napełniania. Dlatego każdy rodzaj niewydolności serca należy badać osobno, aby zrozumieć konkretne ryzyko i ustalić środki zaradcze potrzebne w środowisku mikrograwitacji.

W kosmosie pod wpływem mikrograwitacji ciało ludzkie ulega znaczącym zmianom. Do najbardziej zauważalnych skutków należy przemieszczanie się płynów ustrojowych powodujące obrzęk twarzy i zmniejszenie się objętości nóg, które wydają się cienkie jak nogi ptaka („puffy face, bird leg”). Mniej płynów gromadzi się w naczyniach żylnych nóg, rośnie zaś ciśnienie żylne w górnej części ciała. U zdrowych osób układ sercowo-naczyniowy może przystosować się do tych zmian, ale dla pacjentów z niewydolnością serca przystosowanie się jest trudne i ryzykowne.

Biorąc pod uwagę brak rzeczywistych danych na temat pacjentów z niewydolnością serca w kosmosie, autorzy badań postawili na modelowanie obliczeniowe, aby symulować wpływ mikrograwitacji. Wykorzystali wcześniej opublikowany model matematyczny układu sercowo-naczyniowego. Dostrajając parametry tego modelu, byli w stanie z dużą dokładnością przewidzieć, jak pacjenci z niewydolnością serca mogą zareagować podczas podróży kosmicznych.

Jak wykazały symulacje, wejście w mikrograwitację zwiększa pojemność minutową serca u wszystkich osób. Jednakże u pacjentów z niewydolnością serca wzrostowi rzutu serca towarzyszy niebezpieczny wzrost ciśnienia w lewym przedsionku, co może prowadzić do obrzęku płuc – stanu, w którym płyn gromadzi się w płucach, utrudniając oddychanie.

Jak zaznaczają autorzy, ich prace podkreślają potrzebę kompleksowych badań przesiewowych i spersonalizowanych planów medycznych dla turystów kosmicznych cierpiących na choroby współistniejące. Potrzebne są dalsze badania nad długoterminowym wpływem podróży kosmicznych na zdrowie układu sercowo-naczyniowego. Powinny się one skupiać na długotrwałej ekspozycji na mikrograwitację i skumulowanym wpływie chorób współistniejących na pacjentów z niewydolnością serca.

W przypadku pacjentów z niewydolnością serca spersonalizowany model - "cyfrowy bliźniak" - mógłby symulować reakcję ich konkretnego stanu serca na stres związany z podróżą kosmiczną. Ten spersonalizowany model mógłby pomóc w określeniu najskuteczniejszych przygotowań przed lotem i interwencji w trakcie lotu, poprawiając w ten sposób bezpieczeństwo i dobrostan turystów kosmicznych.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ zan/