Wissenschaftler nutzen Herz- und Lungenmodelle, um potenzielle Gesundheitsbedrohungen zu berechnen, denen zukünftige Weltraumtouristen in der Schwerelosigkeit ausgesetzt sein werden

Die Erforschung des Weltraums hat schon immer unsere Fantasie beflügelt und verspricht, neue Welten zu entdecken und die Grenzen menschlicher Fähigkeiten zu erweitern. Da die kommerzielle Raumfahrt immer zugänglicher wird, könnten bald auch Menschen mit einer Vielzahl von gesundheitlichen Grunderkrankungen, einschließlich Herzversagen, zu denjenigen gehören, die sich außerhalb der Erdatmosphäre wagen.

Dies wirft entscheidende Fragen zu den Auswirkungen der Raumfahrt auf Menschen mit möglichen zugrunde liegenden Gesundheitszuständen auf. Aktuelle Forschungsergebnisse mit dem Titel „Computational Modelling of Heart Failure While Microgravity Transitions“ beschäftigen sich mit dieser Frage und bieten Erkenntnisse, die die Zukunft der Raumfahrt prägen könnten.

Warum Herzinsuffizienz im Weltraum untersuchen?

Die Bevölkerungsstruktur der kommerziellen Raumfahrer verändert sich, es gibt immer mehr ältere, wohlhabende Menschen, deren Gesundheit möglicherweise nicht besser ist. Im Gegensatz zu professionellen Astronauten durchlaufen diese Weltraumtouristen im Allgemeinen keine Gesundheitsuntersuchungen oder ein strenges körperliches Training. Dieser Wandel erfordert eine umfassendere Berücksichtigung von Gesundheitsproblemen wie Herzinsuffizienz, Diabetes und anderen chronischen Krankheiten bei der Planung von Weltraummissionen.

Allein Herzinsuffizienz betrifft weltweit mehr als 100 Millionen Menschen. Traditionell konzentriert sich die Weltraummedizin auf die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf gesunde Astronauten. Die Einbeziehung nichtprofessioneller Astronauten mit Vorerkrankungen erfordert jedoch ein tiefergehendes Verständnis der Auswirkungen der Mikrogravitation auf diese Personen. Die einzigartigen kardiovaskulären Herausforderungen, die die Raumfahrt mit sich bringt, könnten Patienten mit Herzinsuffizienz erheblich beeinträchtigen und sie zu einem kritischen Forschungsbereich machen.

Darüber hinaus ist Herzinsuffizienz keine einheitliche Erkrankung und kann in zwei Typen eingeteilt werden. Bei der einen Art handelt es sich um ein geschwächtes Herz, das das Blut nicht effizient pumpen kann, während bei der anderen Art das Herz nicht in der Lage ist, sich zu entspannen und richtig zu füllen. Diese Unterschiede bedeuten, dass jede Art von Herzinsuffizienz einzigartige Herausforderungen mit sich bringt und separat untersucht werden muss, um die spezifischen Risiken und Gegenmaßnahmen zu verstehen, die in einer Schwerelosigkeitsumgebung erforderlich sind.

Die Herausforderungen der Mikrogravitation

In der Mikrogravitationsumgebung des Weltraums erfährt der menschliche Körper erhebliche Veränderungen. Eine der bemerkenswertesten Auswirkungen ist die Umverteilung von Körperflüssigkeiten, die das sogenannte „Puffy-Face-Vogelfuß-Syndrom“ verursacht. Stellen Sie sich eine Person mit einem geschwollenen, geschwollenen Gesicht gepaart mit mageren, fast schon komisch dünnen Beinen vor – wie ein Vogel, wie heißt das?

Diese Flüssigkeitsverschiebung führt zu einer Verringerung der venösen Ansammlung in den Beinen und einem Anstieg des venösen Drucks im Oberkörper. Bei gesunden Personen kann sich das Herz-Kreislauf-System an diese Veränderungen anpassen, bei Patienten mit Herzinsuffizienz sind die Risiken jedoch deutlich höher.

Verwenden Sie Computermodelle, um räumliche Bedingungen zu simulieren

Angesichts des Mangels an realen Daten über Patienten mit Herzinsuffizienz im Weltraum griffen die Forscher auf Computermodelle zurück, um die Auswirkungen der Schwerelosigkeit zu simulieren. Sie verwendeten ihr zuvor veröffentlichtes 21-Kompartiment-Mathematikmodell des Herz-Kreislauf-Systems. Durch die Anpassung der Parameter dieses Modells konnten sie mit hoher Genauigkeit vorhersagen, wie Patienten mit Herzinsuffizienz während der Raumfahrt reagieren könnten.

Simulationen ergaben, dass der Eintritt in die Schwerelosigkeit bei allen Personen die Herzleistung steigert. Bei Patienten mit Herzinsuffizienz geht dieser Anstieg des Herzzeitvolumens jedoch mit einem gefährlichen Anstieg des Drucks im linken Vorhof einher, der zu einem Lungenödem führen kann, einem Zustand, bei dem sich Flüssigkeit in der Lunge ansammelt und das Atmen erschwert. Die Arbeit wurde veröffentlicht in Grenzen der Physiologie.

Der Weg, dem es zu folgen gilt

Diese Forschung unterstreicht die Notwendigkeit umfassender Gesundheitsuntersuchungen und personalisierter medizinischer Pläne für Weltraumtouristen mit Grunderkrankungen. Da die kommerzielle Raumfahrt immer zugänglicher wird, ist die Gewährleistung der Sicherheit aller Passagiere, insbesondere derjenigen mit chronischen Gesundheitsproblemen wie Herzinsuffizienz, von größter Bedeutung.

Darüber hinaus unterstreichen die Ergebnisse die Bedeutung weiterer Forschung zu den langfristigen Auswirkungen der Raumfahrt auf die Herz-Kreislauf-Gesundheit. Zukünftige Studien sollten sich auf eine längere Exposition gegenüber Schwerelosigkeit und die kumulativen Auswirkungen von Komorbiditäten bei Patienten mit Herzinsuffizienz konzentrieren.

Die Rolle menschlicher digitaler Zwillinge

Ein vielversprechender Weg für zukünftige Forschung und Raumfahrtsicherheit ist die Entwicklung menschlicher digitaler Zwillinge. Ein menschlicher digitaler Zwilling ist ein hochdetailliertes virtuelles Modell der physiologischen Systeme eines Individuums. Durch die Erstellung dieser digitalen Nachbildungen können Forscher verschiedene Szenarien simulieren und vorhersagen, wie sich unterschiedliche Bedingungen, beispielsweise die Mikrogravitation, auf die Gesundheit einer Person auswirken könnten. Dieser Ansatz ermöglicht personalisierte Risikobewertungen und maßgeschneiderte Gegenmaßnahmen.

Für Patienten mit Herzinsuffizienz könnte ein digitaler Zwilling simulieren, wie ihr spezifischer Herzzustand auf den Stress der Raumfahrt reagieren würde. Dieses personalisierte Modell könnte dabei helfen, die effektivsten Vorbereitungen vor dem Flug und Interventionen während des Fluges zu ermitteln und so die Sicherheit und das Wohlbefinden von Weltraumtouristen mit Herzerkrankungen zu verbessern.

Der Traum von der Raumfahrt ist näher denn je, aber mit ihm geht auch die Verantwortung einher, die mit dieser neuen Grenze verbundenen Gesundheitsrisiken zu verstehen und zu mindern.

Die Computermodellierung ist ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass die Raumfahrt für alle sicher ist, auch für Menschen mit Herzinsuffizienz. Da die Menschen die Grenzen der Erforschung immer weiter verschieben, wird die Integration fortschrittlicher Technologien wie menschlicher digitaler Zwillinge von entscheidender Bedeutung für den Schutz der Gesundheit und des Wohlbefindens aller sein, die sich auf die letzten Grenzen vorwagen.