پیگیری اکتشافات فضایی طولانی مدت - از اقامت طولانی در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) تا ماموریت های ماه آرتمیس و سفرهای خدمه نهایی به مریخ - خواستار نسل جدیدی از فن آوری های پزشکی جدید است که امیدوار کننده ترین نوآوری ها، محدودیت های مصنوعی پانکراس، سیستم مسدود کننده طراحی شده برای تنظیم خودکار سطح گلوکز خون است که در ابتدا برای مدیریت نوع دیابت 1 توسعه یافته است، باید چالش های بهداشتی منحصر به فرد را برای افراد فضایی ایجاد کند، و محدودیت های تابشی که می تواند به فرد را در محیط زیست انرژی های تابش فضایی و انعطاف پذیر کند.

عدم موفقیت در مدیریت Glucose خودمختار Beyond Low Earth Orbit

از لحاظ تاریخی، سازمان های فضایی مانند ناسا اعضای خدمه را با دیابت وابسته به انسولین از ماموریت های طولانی مدت به دلیل خطرات هیپوگلیسمی و پیچیدگی مدیریت انسولین در میکرو گرانش محروم کردند، با این حال، زیرا پرواز فضایی تجاری افزایش می یابد و ماموریت های طولانی مدت رشد می کند، جمعیت مسافران فضایی تا حدودی تغییر می کند.

این نیاز حتی برای یک ماموریت مریخ حاد تر می شود.زمان حمل و نقل از 6 تا 9 ماه در هر طریق، همراه با یک سطح بیش از یک سال، به این معنی است که اعضای خدمه نمی توانند به دلیل تاخیر های ارتباطی تا 20 دقیقه، نظارت بر گلوکز دستی و تنظیمات انسولین، یک بار شناختی غیر قابل قبول بر فضانوردانی که قبلاً چندین وظیفه بحرانی را مدیریت می کنند، به طور کامل سیستم ایمنی مستقل را اداره می کنند - نه تنها یک سیستم ایمنی مورد نیاز است.

اجزای اصلی یک سیستم بسته-Loop

یک پانکراس مصنوعی، که به عنوان یک سیستم تحویل انسولین حلقه بسته نیز شناخته می شود، سه جزء اصلی را ترکیب می کند: یک مانیتور گلوکز مداوم (CGM)، پمپ انسولین و یک الگوریتم کنترلی.سی.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.

در زمین، سیستم های تجاری مانند Medtronic MiniMed 670G و Tandem t:lim X2 با Control-IQ نتایج گلیسمیک برتر در مقایسه با پمپ درمانی سنتی یا تزریق های روزانه متعدد را نشان داده اند.

بیماری های هوردز در میکرو گرانش

تغییر دارویی از انسولین های زیر پوستی

در میکرو گرانش، انتقال مایعات بدن به سمت سر – به طور مداوم باعث ایجاد استخر در پاها و افزایش حجم خون مرکزی می شود.این توزیع مجدد حلقه جذب و ترخیص از انسولین را تغییر می دهد که به طور مداوم آزمایش های تشخیص گلوکز را انجام می دهد و مطالعات ISS نشان داده اند که داروهای دارویی تغییر انسولین می تواند با تفاوت های بالقوه در زمان اوج و الگوریتم جذب بیمار (که به طور آهسته تر انجام می شود) و کاهش سرعت در مورد سرعت کاهش سرعت مصرف آن در محل تزریق و یا کاهش سرعت کاهش سرعت کاهش سرعت مشاهده می یابد.

دقت مستمر Glucose Monitor در زیر Micrograv

CGMs اندازه گیری گلوکز در مایع بین بافت زیر پوستی.در میکرو گرانش، پویایی مایع بین تاریخ ممکن است تغییر کند زیرا کشش گرانشی ناشی از کشش وجود ندارد، این می تواند زمان بین تغییرات گلوکز خون و خواندن گلوکز اضافی را تغییر دهد - یک عامل حیاتی برای عملکرد حلقه علاوه بر این، سنسور ممکن است تحت تاثیر تنش کاهش یابد، که منجر به تجزیه و تحلیل طولانی مدت است که خواندن اثرات تجزیه و تحلیل داده های اختصاص داده شده است.

Shift و Glucose Distribution

فراتر از جذب انسولین، توزیع کلی گلوکز و ترخیص آن از تغییرات خون در میکرو گرانش.توسعه مایع مرکزی جریان خون هگزاتیک و عملکرد کلیوی را تغییر می دهد که می تواند بر تولید گلوکز و تحریک آن تأثیر بگذارد، بنابراین پاسخ هورمونی ضد انعقاد به هیپوگلیسمی ممکن است به دلیل عملکرد سیستم عصبی خودکار تغییر یافته، به شدت قوی باشد.

چالش های مهندسی برای قابلیت اطمینان عمیق-Space

اثرات پرتوی بر الکترونیک و بیولوژیکی

محیط تابش فضایی – که از پرتوهای کیهانی کهکشانی، رویدادهای ذرات خورشیدی و کمربندهای تابشی به دام افتاده تشکیل شده – یک تهدید دوگانه را برای الکترونیک، ذرات با انرژی بالا می توانند باعث ناراحتی های تک و حتی پیچیده، و تخریب تدریجی اجزای آن شوند.CGMs و پمپ های انسولین باید با الکترونیک پرتوی سخت طراحی شوند یا از طریق استفاده از و خطای تجاری قرمز استفاده کنند (A به احتمال زیاد در عرض چند ماه ها به طور کامل قابل استفاده نمی شود).

برای بافت های بیولوژیکی، تشعشع استرس اکسیداتیو را افزایش می دهد و می تواند به سلول های بتا پانکراس آسیب برساند، به طور بالقوه در طول زمان، یک پانکراس مصنوعی که در فضا استفاده می شود باید قوی در برابر شکست سخت افزار باشد و قادر به جبران از دست دادن تدریجی تولید انسولین است. برخی از محققان پیش از بهبودی درمان های رادیواکتیو یا ذخایر داخلی گلوکاگون برای جلوگیری از بدتر شدن کنترل گلیکیسمی هستند.

بهره وری منابع و Miniaturization

هر کیلوگرم از محموله در یک ماموریت عمیق فضایی ارزشمند است.سیستم پانکراس مصنوعی باید فشرده، سبک و کارآمد باشد.مصرف کننده فعلی CGMs و پمپ های انسولین نسبتا کوچک هستند، اما ادغام آنها به یک دستگاه واحد با منبع برق قابل اعتماد - احتمالا از طریق آرایه های خورشیدی یا سلول های سوخت - یک چالش مهندسی است.

ویژگی های مکانیک در Micrograv

اجزای مکانیکی مانند پمپ ها و دریچه ها به طور متفاوتی در میکروزرات حرکت می کنند.شکل حباب در مخازن انسولین می تواند جریان را مختل کند زیرا جیب های گاز افزایش نمی یابد و از مایع جدا می شوند زیرا آنها بر روی زمین عمل می کنند - فریس در قطعات متحرک ممکن است به دلیل عدم وجود نیروهای گرانشی در روان کننده ها تغییر کند.

استقلال و تحمل خطا

فضانوردان زمان محدودی برای عیب یابی پزشکی و دسترسی محدود به قطعات یدکی دارند. پانکراس مصنوعی باید بسیار قابل اعتماد باشد، با حالت های ایمنی شکست خورده که از تشخیص هیپوگلیسمی یا هیپرگلیسمی شدید جلوگیری می کند، همچنین می تواند بدون نیاز به کنترل سیستم کنترلی طبیعی، یک سیستم رای گیری کند: باید با حداقل مداخله انسانی، به طور خودکار، کالیبره، آزمایش خود و هشدار به طور خودکار عمل کند، اگر نیاز به الگوریتم کنترل از راه دور داشته باشد، بدون اینکه یک سیستم کنترل کامل از راه دور داشته باشد.

رانندگی پیشرفت از طریق نوآوری فضایی

تکنولوژی های پیشرفته Sensor Technologies

الزامات فضایی در حال توسعه CGMs است که کوچکتر، دقیق تر و پایدارتر هستند. محققان در حال بررسی سنسورهای غیر تهاجمی با استفاده از روش های نوری یا الکترومغناطیسی هستند که می تواند نیاز به کاوشگرهای ترانس را از بین ببرد.برای مثال، سنسورهای مبتنی بر فلوروس، کمتر مستعد آسیب های تشعشع هستند و می توانند به طور غیرمستقیم برای استفاده طولانی مدت از روش دیگر استفاده کنند.

الگوریتم های سازگار و یادگیری

الگوریتم هایی که پانکراس مصنوعی را اداره می کنند باید با تغییر فیزیولوژی در طول زمان سازگار شوند، جایی که حساسیت به انسولین ممکن است به آرامی به دلیل کمبود عضلانی، تغییرات مایع یا قرار گرفتن در معرض اشعه، مدل های یادگیری ماشین می توانند به طور مداوم بر روی داده های ورودی تجدید نظر کنند. روش های یادگیری تقویت کننده می تواند انسولین را بدون نیاز به مدل های صریح تغییرات فیزیولوژیکی بهینه کند.

معماری های شکست و شکست

تقاضا برای استقلال بالا در فضا، توسعه مدیریت خطای سلسله مراتبی را فشار می دهد.یک لایه نظارت بر سلامت روان می تواند به طور مداوم سلامت سنسور، عملکرد پمپ و ثبات الگوریتم را ارزیابی کند، اگر یک جزء کاهش یابد، سیستم به طور خودکار تنظیم می کند - به عنوان مثال، تغییر به پمپ یدکی یا کاهش انسولین توسط یک عامل ایمنی در حالی که منتظر مداخله انسانی است و یا الگوریتم هایی که دو گلوکز مستقل را مقایسه می کنند، به ویژه می تواند برای بیماران دارای قابلیت اطمینان پزشکی غیر ضروری باشد.

مزایای استفاده از Terrestrial Spillover

بسیاری از تکنولوژی های توسعه یافته برای فضا برنامه های مبتنی بر زمین را پیدا کرده اند - وسایل الکترونیکی، تله پزشکی و نظارت از راه دور نمونه های اولیه هستند. سیستم های پانکراس مصنوعی که برای فضا تصفیه شده اند، تقریباً به طور قطع منجر به قوی تر، جمع آوری و دستگاه های مستقل برای افراد مبتلا به دیابت در همه جا می شوند. سیستم که می تواند از لرزش و تابش عمیق جلوگیری کند، احتمالاً پایدارتر از دستگاه های جایگزین شده است.

طرح های فعلی و Pathways همکاری

چندین طرح تحقیقاتی در حال حاضر در حال انجام است.برنامه تحقیقات انسانی ناسا (۶) مطالعات در مورد ISS برای بررسی تغییرات متابولیسم گلوکز و آزمایش نمونه های اولیه تحویل انسولین حلقه بسته در میکروزرات (FLT:۰ (برنامه تحقیقات انسانی ناسا) ، آژانس فضایی ژاپن (JAXA) همچنین آزمایش های انسولین را در مورد استفاده از الگوریتم های کاربردی مانند مهندسی فضا انجام داده است.

شرکت های خصوصی، از جمله ایستگاه های فضایی تجاری و فضاپیما، همچنین در مدیریت خودکار سلامت سرمایه گذاری می کنند.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.د.د.ک.ک.ک.د.د.ک.د.د.د.ک.ک.د.د.د.ک.ک.د.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.د.د.د.اس.د.د.ک.د.د.د.د.د.د.د.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.د.اس.اس.اس.د.اس.اس.اس.اس.اس.اس.اس.ک.ک.اس.اس.اس.اس

نقشه راه به مریخ: ادغام پانکوراس مصنوعی به سیستم های بهداشتی خدمه

با نگاهی به ماموریت های خدمه به مریخ، پانکراس مصنوعی تقریباً ضروری می شود.ترکیبی از میکروزری طولانی مدت، پرتوهای بالا و عرضه محدود باعث می شود مدیریت گلوکز غیر عملی باشد.یک پانکراس کاملاً مستقل، تحمل خطا و پانکراس مصنوعی با منابع می تواند به عنوان سنگ بنای یک سیستم پشتیبانی پزشکی گسترده تر عمل کند. برخی از مفاهیم پیش بینی می کنند که می تواند تمام ماموریت بدون جایگزینی را در حالی که برخی از اجزای جایگزین استفاده می کنند، حتی ممکن است به آسانی به سیستم های کنترل ساده ای برای درمان و ساده ای برای سلول های ساده برای درمان هورمون های ساده ای از هورمون های ساده برای درمان های کنترل آینده کمک کند.

عوامل انسانی همچنین نقش مهمی ایفا می کنند. استرس روانی و بار شناختی باید به حداقل برسد؛ دستگاهی که به آرامی در پس زمینه کار می کند، تنها هشدار های مهم را صادر می کند، به حفظ روحیه و عملکرد خدمه کمک می کند، به عنوان تیم های ناهمگن فضانوردان - از جمله شرکای تجاری و بین المللی - شایع تر می شود، پانکراس مصنوعی باید برای انواع مختلف بدن، سنین، و سیستم متابولیک نیز باید رابط های طولانی مدت را برای نظارت بر روند شبکه های بهداشتی و سیستم نظارت بر روند شبکه های بهداشتی و تجزیه و تحلیل های بهداشتی، تنظیم کند.

نتیجه گیری

توسعه یک پانکراس مصنوعی برای استفاده در ماموریت های فضایی نه تنها یک چالش مهندسی طاقچه است – این یک کاتالیزور برای فن آوری پزشکی پیشرفته است که به طور کلی به بشریت سود می برد و موانع جاذبه های کوچک، تابش و محدودیت منابع، دستگاه هایی را تولید می کند که قوی تر، مستقل و سازگار تر از هر چیز امروز موجود است.