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Con las recientes incursiones en los viajes espaciales de magnates como Jeff Bezos y Richard Branson, visitar el borde del espacio nunca ha estado más al alcance de los viajes comerciales. Sin embargo, a estas alturas, los pasajeros experimentan una ingravidez, o más generalmente, una gravedad alterada, que puede afectar a la fisiología normal del cuerpo.
En un estudio, los investigadores de la Universidad de Texas A&M han utilizado un enfoque basado en la simulación para predecir con precisión los efectos de la gravedad alterada de forma individual. Su enfoque evita la necesidad de probar simultáneamente cientos de parámetros para estimar el estado cardiovascular de un individuo; en su lugar, se centra en un puñado de factores significativos, aumentando la precisión y ahorrando tiempo.
"Comprender las respuestas fisiológicas humanas en entornos de gravedad alterada es absolutamente necesario si queremos avanzar hacia nuevas fronteras en los viajes espaciales", dijo la Dra. Ana Díaz-Artiles, profesora adjunta del Departamento de Ingeniería Aeroespacial. "Pero no hay dos personas iguales, y necesitamos desarrollar herramientas para individualizar las predicciones fisiológicas de forma rápida y precisa. Nuestro estudio aborda esa carencia".
Los investigadores han publicado los resultados de su estudio en The Journal of Applied Physiology.
A lo largo de los millones de años de vida en nuestro planeta, la gravedad ha sido un factor silencioso pero clave en los procesos fisiológicos de todos los seres vivos. Así, cuando se altera la gravedad, se produce el consiguiente peaje en su fisiología. Por ejemplo, los estudios han demostrado que la ingravidez dificulta el riego de las plantas, provocando su encharcamiento e impidiendo su crecimiento. En los seres humanos, la microgravedad también puede tener efectos adversos. Por ejemplo, la alteración de la gravedad hace que los fluidos corporales se desplacen hacia la cabeza, lo que disminuye el volumen de sangre circulante y la atrofia cardíaca, entre otras complicaciones.
Las investigaciones detalladas del comportamiento cardiovascular en la microgravedad se han basado en experimentos en tierra con sujetos humanos sujetándolos a artilugios que imitan la experiencia de la gravedad alterada. Sin embargo, este método lleva mucho tiempo y suele requerir un grupo increíblemente grande de sujetos. Los investigadores señalan que un enfoque alternativo es utilizar simulaciones informáticas del sistema cardiovascular para predecir los efectos fisiológicos de los entornos de gravedad alterada.
Sin embargo, estas simulaciones también tienen su talón de Aquiles, ya que requieren cientos de parámetros para su predicción, desde la elasticidad de las arterias, las venas y las cámaras del corazón hasta las distintas resistencias al flujo sanguíneo en diferentes partes del cuerpo. Además, estos parámetros varían mucho de un individuo a otro, lo que dificulta la individualización del modelo informático para predecir respuestas específicas para cada persona.
Para superar estos obstáculos, Richard Whittle, estudiante de doctorado en el laboratorio de Díaz-Artiles, realizó una técnica matemática denominada análisis de sensibilidad para cribar los parámetros a los que el modelo informático respondía mejor. Así, con el análisis de sensibilidad sistemático y exhaustivo, los investigadores descubrieron qué parámetros eran los más críticos para predecir las respuestas cardiovasculares a corto plazo a varios niveles de gravedad alterada.
Su análisis reveló que los parámetros relacionados con la presión de las grandes venas y el corazón derecho que bombea la sangre a los pulmones eran los más dominantes, lo que supuso una sorpresa, ya que el corazón izquierdo es el que realmente bombea la sangre a la aorta y al resto del cuerpo y, por tanto, en un principio se esperaba que tuviera una mayor influencia en los resultados del modelo.
"Resulta que el corazón izquierdo está sobredimensionado, es bastante bueno para funcionar en un amplio rango de esfuerzos físicos y se adapta bien a una mayor demanda de sangre oxigenada si es necesario", dijo Whittle. "Mientras que el corazón derecho es un cuello de botella sistémico, por lo que cualquier tipo de debilidad en ese cuello de botella puede propagarse por el sistema".
Los investigadores señalaron que el análisis no sugiere que los demás parámetros no sean importantes, pero una estimación precisa de los parámetros significativos es fundamental para proporcionar predicciones precisas de las respuestas individuales. Además, los investigadores descubrieron que el subconjunto de parámetros con mayor influencia en los resultados del modelo sigue siendo similar en los distintos niveles de gravedad.
"Hemos dado el siguiente paso en la personalización de la predicción de las respuestas cardiovasculares en diferentes entornos de gravedad alterada", dijo Díaz-Artiles. "Aunque nuestro estudio se ha centrado en investigar la adaptación a corto plazo del sistema cardiovascular a entornos de gravedad alterada, tenemos previsto ampliar nuestro análisis para incluir los cambios a largo plazo que se producen en condiciones de gravedad alterada de forma individual."
Fuentes, créditos y referencias:
Richard S. Whittle et al, Modeling individual differences in cardiovascular response to gravitational stress using a sensitivity analysis, Journal of Applied Physiology (2021). DOI: 10.1152/japplphysiol.00727.2020