دانشمندان خطرات سلامتی گردشگران فضایی را با مدل سازی دیجیتال بررسی می کنند

استفاده از «دوقلوهای دیجیتال» یک روش مناسب برای شبیه‌سازی دقیق واکنش‌های منحصر به هر شخص در محیط ریزگرانش و محاسبه ریسک‌های سلامت است.

با آغاز سفرهای فضایی تجاری و توریستی، افرادی با شرایط جسمی متفاوت به‌زودی از اتمسفر زمین خارج خواهند شد. پژوهشگران اخیراً با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتریِ نارسایی قلبی در ریزگرانش، اثر سفرهای فضایی را بر سلامت قلب افراد بررسی کرده‌اند. چنین ارزیابی‌هایی می‌توانند آینده سفرهای فضایی را شکل بدهد.

جمعیت فضانوردان درحال تغییر است و روزبه‌روز افراد مسن و ثروتمند زیادی به آن‌ها اضافه می‌شوند که شرایط سلامتی همه‌شان در بهتر حالت نیست. این توریست‌های فضایی، برخلاف فضانوردان حرفه‌ای، تمرین‌های فیزیکی ندارند و تحت پایش‌های سلامت سخت‌گیرانه قرار نمی‌گیرند. تغییر جمعیت مسافران فضا ضرورت ملاحظه گسترده‌تر مشکلات سلامتی را جدی‌تر می‌کند؛ ازجمله مشکلات سلامت قلب، دیابت و بیماری‌های مزمن در محیط ریزگرانش.

پزشکی فضا یکی از رشته‌هایی است که از آغاز سفرهای فضایی روی سلامت فضانوردان متمرکز بوده اما ورود فضانوردان غیرحرفه‌ای با مشکلات زمینه‌ای نیازمند فهم دقیق‌تری از آثار ریزگرانش و بی‌وزنی روی سلامت است.

چالش‌های ریزگرانش برای سلامت قلب

در محیط ریزگرانش فضا، بدن انسان دچار تغییرات قابل‌توجهی می‌شود. از برجسته‌ترین این تغییرات توزیع متفاوت مایعات بدن است. این تغییر باعث ایجاد سندرم «صورت پف‌کرده-پاهای پرنده‌ای» می‌شود؛ فردی را با صورتی متورم و پاهایی بسیار لاغر مانند پاهای پرنده تصور کنید.

این تغییر در توزیع مایعات باعث کاهش فشار وریدی در پاها و افزایش آن در بالاتنه می‌شود. در افراد سالم، سیستم قلب و عروق با این تغییرات سازگار می‌شود اما در بیماران دچار نارسایی قلبی، چنین تغییری ریسک‌های سلامت را افزایش می‌دهد.

استفاده از مدل‌های محاسباتی برای شبیه‌سازی واکنش‌های بدن در فضا

دانشمندان دانشگاه ملی استرالیا از مدل محاسباتی سیستم قلب و عروق برای شبیه‌سازی آثار ریزگرانش استفاده کرده‌اند. آن‌ها توانستند با این مدل با دقتی بالا پیش‌بینی کنند نارسایی قلبی در فضا چگونه خواهد بود.

شبیه‌سازی‌ها نشان داد ورود به ریزگرانش خروجی عروقی (خونی که قلب به بیرون پمپاژ می‌کند) را در تمام افراد افزایش می‌دهد اما در افراد دچار نارسایی قلبی این افزایش در خروجی عروقی با افزایش فشار دهلیز چپ همراه است. این افزایش می‌تواند به اِدِمِ ریه (Pulmonary edema) منجر شود؛ شرایطی که در آن مایعات در ریه تجمع می‌کنند و تنفس دشوار می‌شود.

پژوهشگران نتایج مطالعه خود را در ژورنال Frontiers in Physiology منتشر کرده‌اند. آن‌ها در این مطالعه از مدل‌های محاسباتی استفاده کردند؛ زیرا برای نارسایی قلبی در فضا داده‌ای در دسترس نیست. این مدل‌ها را «دوقلوهای دیجیتال» می‌نامند.

دوقلوهای دیجیتال یکی از راه‌های نویدبخش برای پژوهش درباره سفرهای فضایی آینده هستند. دوقلوی دیجیتال مدلی بسیار دقیق و جزئی از سیستم‌های فیزیولوژیکی انسان است. پژوهشگران می‌توانند با استفاده از این کپی‌های دیجیتال سناریوهای مختلف را شبیه‌سازی و اثر شرایط گوناگون، مانند ریزگرانش، را روی سلامت افراد بررسی کنند.

پژوهشگران می‌توانند با استفاده از دوقلوهای دیجیتال ریسک‌های منحصر به هر شخص را ارزیابی و روش‌های مقابله با ریسک خاص او را طراحی کنند. این روش می‌تواند واکنش‌های خاص هر بیمار دچار نارسایی قلبی به فشارهای سفر فضایی را نشان دهد؛ به‌این‌ترتیب، روش‌های شخصی‌سازی‌شده برای پیشگیری از مشکلات یا درمان آن‌ها طراحی خواهند شد.