随着杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)和理查德·布兰森(Richard Branson)等商业大亨最近对太空旅行的尝试，访问太空边缘从未像现在这样成为商业旅行的掌控范围。然而，在这样的高度，乘客会体验到失重，或者更普遍地说，重力会改变，这会影响身体的正常生理机能。
在一项研究中，德州农工大学的研究人员使用了一种基于模拟的方法来准确预测重力变化对个体的影响。他们的方法排除了同时测试数百个参数来估计个人心血管状态的需要;相反，它专注于少数重要因素，提高准确性和节省时间。
航空航天工程系助理教授Ana Diaz-Artiles博士说:“如果我们想推动太空旅行的新前沿，了解人类在改变重力环境下的生理反应是绝对必要的。”“但是没有两个人是一样的，我们需要开发工具来快速准确地个性化生理预测。我们的研究解决了这一差距。”
研究人员已将他们的研究结果发表在应用生理学杂志这本书最初于2021年4月在网上出版，最终印刷版将于2021年6月出版。
在地球上数百万年的生命中，重力一直是所有生物生理过程中一个沉默但关键的影响者。因此，在重力改变的情况下，它们的生理机能会受到相应的损害。例如，研究表明，失重使植物难以浇水，导致内涝和阻碍生长。对人类来说，微重力也会产生不利影响。例如，改变重力会导致体液向头部转移，减少循环血容量和心脏萎缩，以及其他并发症。
对微重力环境下心血管行为的详细研究依赖于地面实验，通过将人体固定在模拟改变重力体验的装置上。然而，这种方法非常耗时，通常需要大量的研究对象。研究人员说，另一种方法是使用心血管系统的计算机模拟来预测改变重力环境的生理影响。
然而，这些模拟也有它们的阿喀琉斯之踵，需要数百个参数来进行预测，从动脉、静脉和心脏腔室的弹性到身体不同部位血液流动的各种阻力。此外，这些参数在不同的个体之间存在很大的差异，这使得个性化计算机模型更难预测每个人的具体反应。
为了克服这些障碍，Diaz-Artiles实验室的博士生理查德·惠特尔(Richard Whittle)采用了一种称为灵敏度分析的数学技术，以筛选出计算模型最敏感的参数。因此，通过系统和全面的敏感性分析，研究人员发现哪些参数对预测不同程度重力变化下的短期心血管反应最关键。
他们的分析显示，与大静脉压力和将血液泵到肺部的右心相关的参数是最主要的，这令人惊讶，因为左心实际上是将血液泵到主动脉和身体其他部位的心脏，因此，最初预计对模型结果有更大的影响。
惠特尔说:“事实证明，左心是过度设计的，它很擅长在大范围的体力劳动中工作，如果需要的话，它能很好地适应对含氧血液的更大需求。”“而右心脏是一个全身的瓶颈，所以这个瓶颈中的任何一种弱点都会在整个系统中传播。”
研究人员指出，该分析并不是说其他参数不重要，但对显著参数的准确估计对于准确预测个体反应至关重要。此外，研究人员发现，在不同重力水平下，对模型结果影响最大的参数子集保持相似。
Diaz-Artiles说:“我们已经迈出了下一步，在不同改变的重力环境下对心血管反应进行个性化预测。”“虽然我们的研究一直专注于调查心血管系统对改变重力环境的短期适应，但我们计划扩展我们的分析，以包括在改变重力条件下发生的个体的长期变化。”
这项研究工作得到了NASA人类研究项目的支持。