ヒトの心臓血管系（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る。 グローバルな制御機構とローカルな制御機構がCVSに作用して、体の各部位への血流を調整します。 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化であり、中枢神経系が動脈内のCO2分圧（ ）を40mmHg近くに制限することである。 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。