Der neue Fokus auf bemannte Missionen zum Mond und Mars birgt unzählige dringende Herausforderungen, darunter die Sicherung des Überlebens von Menschen in lebensfeindlichen Umgebungen. Was geschieht, wenn ein Astronaut oder Weltraumtourist Millionen von Kilometern vom nächsten Krankenhaus entfernt einen Herznotfall erleidet?
Um Menschen auf sichere Langzeit-Weltraumreisen vorzubereiten, hat ein Forschungsteam der Concordia-Universität einen neuen, hochpräzisen Simulator entwickelt, der die Blutströmung (Hämodynamik) in Umgebungen mit reduzierter Schwerkraft modelliert.
Ihr System basiert auf einer modifizierten Schaufensterpuppe, die mit einem 3D-gedruckten Herz-Kreislauf-System ausgestattet ist, einschließlich Herz, Herzklappen, künstlichen Gefäßen und einer mit Flüssigkeit gefüllten Schleife, die den Blutfluss nachahmt. Nach Tests konnte das Gerät die wichtigsten Druckmuster, die bei effektiver Herz-Lungen-Wiederbelebung auf der Erde beobachtet werden, erfolgreich reproduzieren und sowohl unter normaler Schwerkraft als auch unter Schwerelosigkeit einen gleichmäßigen Blutfluss erzeugen. Zudem wurden messbare Unterschiede in der Reaktion des Körpers auf reduzierte Schwerkraft festgestellt.
„Wir beobachteten signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten des arteriellen Blutdrucks in der Schwerelosigkeit und unter Erdanziehungskraft: systolischer, diastolischer und mittlerer arterieller Blutdruck sowie Pulsdruck waren alle höher. Dies bestätigte unseren hochpräzisen Herzsimulator“, sagt die Hauptautorin Zoé Lord (BSc 2019, BSc 2022), die derzeit an der Queen’s University promoviert.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature npj Microgravity veröffentlicht .
Die Herausforderungen der Wiederbelebung im Weltraum
Die gängigsten Methoden der Herz-Lungen-Wiederbelebung (HLW) sind im Weltraum möglicherweise nicht wirksam, da die reduzierte Schwerkraft unter anderem den Blutfluss beeinträchtigt und eine ausreichende Abstützung fehlt. Obwohl verschiedene weltraumangepasste HLW-Techniken vorgeschlagen wurden, konnte keine davon vollständig anhand interner physiologischer Messungen validiert werden.
Bisherige Studien konzentrierten sich hauptsächlich auf externe Messgrößen wie Kompressionstiefe und -rate. Diese erfassen jedoch nicht vollständig, ob ausreichend Blut zirkuliert, um die lebenswichtigen Organe zu versorgen, was es schwierig macht, die effektivsten Techniken zu bestimmen.
„Die meisten Fragestellungen zur Reanimation im Weltraum konzentrieren sich eher auf das medizinische Personal als auf den Patienten“, sagt Lyes Kadem , Professor am Institut für Maschinenbau, Industrie- und Luft- und Raumfahrttechnik und Leiter des Labors für kardiovaskuläre Fluiddynamik . „Wir sehen dieses System als Brücke, die Weltraummedizinern helfen wird, die Hämodynamik des Blutflusses zu erforschen.“
Simulierte Weltraumbedingungen
Das System wurde in Laboren der Concordia-Universität und an Bord eines kanadischen Regierungsjets vom Typ Falcon 20 entwickelt und getestet, der speziell für Weltraumforschungsexperimente konstruiert wurde. Die Forscher führten ihre Experimente während kurzer Momente der Schwerelosigkeit im Verlauf zweier Parabelflüge über zwei Tage durch.
Vor den Flügen wurde der automatisierte Simulator an einem Rahmen befestigt und über der modifizierten Puppe angebracht. Während der kurzen Momente der Schwerelosigkeit führte er präzise Kompressionen der Herzkammer durch.
„Damit würde der Prozess eingeleitet, die Flüssigkeit, ein Blutanalogon, durch die Halsschlagader zum Gehirn zu befördern“, sagt Lord.
An strategischen Stellen der Puppe, darunter der Halsschlagader, der Hauptschlagader, die das Blut vom Herzen zum Gehirn transportiert, wurden Sensoren angebracht. Diese Sensoren konnten Druckveränderungen in Echtzeit erfassen und ermöglichten es den Forschern so, die Effektivität der Kompression beim Flüssigkeitstransport durch den Körper zu beobachten.
Teammitglied Christian Andrade, BSc 2026, sammelte und interpretierte die Daten in Echtzeit unter Hypogravitationsbedingungen.
Realistischere Modelle folgen.
Lord weist darauf hin, dass die vorliegende Version nur die erste von hoffentlich mehreren Iterationen ist.
„Wir wollen zukünftige Modelle physiologisch realistischer gestalten als das erste“, sagt sie. „Wir planen, eine Wirbelsäule, einen Brustkorb und einen komplexeren Brustkorb zu integrieren, da sich das Herz im Weltraum verkleinert. Außerdem möchten wir die Schlauchstrukturen und die Instrumentierung verbessern.“
„Das ultimative Ziel ist es, unsere Puppe an Bord der Internationalen Raumstation zu bringen, um zu messen, was unter realen Weltraumbedingungen passiert.“
Lawrence Leroux von der Université de Montréal hat zu diesem Artikel beigetragen.
Diese Studie wurde vom National Research Council of Canada finanziert.
Lesen Sie die zitierte Arbeit: „ Ein hochpräziser Simulator zur Beurteilung der hämodynamischen Reaktion während der kardiopulmonalen Reanimation in hypogravitationsbedingten Umgebungen “.
Zeitschrift
npj Mikrogravitation
DOI
