Simulator avansat pentru modelarea circulației sângelui și RCP în spațiu
O echipă de cercetare de la Concordia a dezvoltat un nou simulator avansat care modelează circulația sângelui în condiții de gravitate redusă, având ca scop pregătirea pentru misiuni lungi în spațiu.
În contextul interesului crescut pentru misiunile cu echipaj uman pe Lună și Marte, se ridică numeroase provocări, inclusiv menținerea sănătății astronauților în medii ostile. Ce se întâmplă în cazul unei urgențe cardiace, când un astronaut se află la milioane de mile distanță de cel mai apropiat spital?
Simulatorul este construit pe baza unui manechin modificat, dotat cu un sistem cardiovascular imprimat 3D, inclusiv o inimă, valve cardiace, vase artificiale și un circuit umplut cu fluid care imită fluxul sanguin. După testări, sistemul a reușit să reproducă modelele de presiune esențiale observate în timpul RCP eficient pe Pământ, generând un flux sanguin constant atât în condiții normale de gravitate, cât și în hipogravitate. De asemenea, a evidențiat diferențe măsurabile în modul în care corpul poate reacționa în gravitate redusă.
„Am observat creșteri semnificative între diferitele tipuri de presiune arterială în hipogravitate și în gravitatea de pe Pământ: presiunea sistolică, diastolică, presiunea arterială medie și presiunea pulsului au fost toate mai mari. Acest lucru a validat simulatorul nostru de inimă de înaltă fidelitate”, a declarat Zoé Lord, BSc 2019, BSc 2022, autor principal, acum doctorand la Universitatea Queen’s.
Provocările resuscitării în spațiu sunt semnificative. Cele mai comune metode de resuscitare cardiopulmonară (RCP) ar putea fi ineficiente în condiții de gravitate redusă, din cauza efectelor asupra fluxului sanguin și a lipsei de susținere, printre altele. Deși au fost propuse diverse tehnici de RCP adaptate pentru spațiu, niciuna nu a fost complet validată folosind măsuri fiziologice interne.
Studiile anterioare s-au concentrat în principal pe metrici externe, cum ar fi adâncimea și rata compresiei, care nu surprind complet dacă suficient sânge circulă pentru a susține organele vitale, dificultate ce face complicată determinarea celor mai eficiente tehnici.
„Cele mai multe probleme legate de RCP în spațiu sunt orientate spre furnizorul de sănătate mai degrabă decât spre pacient”, a spus Lyes Kadem, profesor în Departamentul de Inginerie Mecanică, Industrială și Aeronautică și director al Laboratorului de Dinamica Fluidelor Cardiovasculare. „Videm acest sistem ca o punte care va ajuta practicienii din medicina spațială să investigheze hemodinamica fluxului sanguin.”
Simulatorul a fost dezvoltat și testat în laboratoarele de la Concordia și la bordul unui avion Falcon 20, deținut de guvernul canadian, destinat experimentelor științifice în spațiu. Cercetătorii au realizat experimentele în momentele de hipogravitate pe parcursul a două zboruri parabolice, desfășurate pe parcursul a două zile.
Înainte de zboruri, simulatorul automat a fost atașat de un cadru și fixat deasupra manechinului modificat. În momentele de hipogravitate, simulatorul a livrat compresii precise ventriculului inimii.
„Aceasta ar începe procesul de deplasare a fluidului, un analog al sângelui, prin artera carotidă către creier”, a explicat un alt membru al echipei.
Senzorii au fost atașați în puncte strategice ale manechinului, inclusiv la artera carotidă, care este principala arteră ce transportă sângele de la inimă către creier. Acești senzori au monitorizat schimbările de presiune în timp real, permițând cercetătorilor să observe cât de eficient se mișcă fluidul prin corp în timpul compresiei.
Un alt membru al echipei a colectat și interpretat datele în timp real în condiții de hipogravitate.
Lord subliniază că versiunea existentă este doar prima din ceea ce speră să fie mai multe iterații. „Vrem să facem viitoarele modele mai realiste din punct de vedere fiziologic comparativ cu primul”, a spus ea. „Sperăm să integrăm o coloană vertebrală, o cutie toracică și o cavitate toracică mai complexă, deoarece inima se micșorează când o persoană se află în spațiu. De asemenea, dorim să îmbunătățim structurile tubulaturii și instrumentația.”
„Scopul final este să aducem manechinul nostru la Stația Spațială Internațională pentru a măsura ce se întâmplă în condiții de zbor real în spațiu.”
