人間の心臓血管系(CVS)と呼吸器系(RS)は、代謝に必要な酸素(O2)やその他の基質を供給し、二酸化炭素(CO2)を除去するために協働しています。 また、CVSにはグローバルな制御機構とローカルな制御機構が働いており、体の各部位への血流を調整しています。 これは、組織に輸送されるO2とCO2の量が、CVSの全身回路と肺回路の心拍出量と血流に依存するため、RSに影響を与える。 局所的な代謝制御は、全身の抵抗に影響を与える局所的な血液ガス濃度に影響され、その結果、血管収縮／血管拡張が起こる。 このように、血液ガスの交換には、血流と肺の換気の緊密な連携が必要である。 本研究では、時間に依存したエルゴメトリックワークロードに対する最適制御を得るために、心血管-呼吸器系（CVRS）のモデルを検討し、最適制御問題のオイラー-ラグランジェ定式化を用いている。 CVRSモデルの本質的な制御は、心拍数と肺胞換気の変動であり、中枢神経系は動脈内CO2分圧（Pa,CO2）を40mmHg近くに制限します。 さらに、O2の代謝ニーズとCO2の代謝生成を、血液によるO2-およびCO2-輸送と一致させるために、コスト関数にペナルティ項が含まれています
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