El vuelo espacial hace cosas raras en los cuerpos de los astronautas

“El estudio de los gemelos nos dio un primer bosquejo de las respuestas moleculares del cuerpo humano a los vuelos espaciales, pero estos bosquejos debían ser completados”, dice Christopher Mason, profesor asociado de fisiología y biofísica en Weill Cornell Medicine. “Los cambios que vimos necesitaban más contexto y replicación. Necesitábamos estudios adicionales para trazar la frecuencia de los cambios que observamos en otros astronautas y otros organismos que van al espacio, y también para ver si el grado de cambio era similar para misiones más cortas “.

Eso nos lleva a un nuevo paquete de investigación que se basa en el Estudio de los Gemelos, volviendo a analizar algunos de los datos originales con nuevas técnicas y proporcionando comparaciones con otros astronautas. En un conjunto de 19 estudios publicados hoy en una gran cantidad de revistas diferentes (junto con 10 preprints aún en revisión por pares), investigadores como Mason (autor principal de 14 de los artículos) estudiaron los cambios fisiológicos, bioquímicos y genéticos que ocurrieron en 56 astronautas (incluido Kelly) que han pasado tiempo en el espacio, el estudio más grande de este tipo jamás realizado.

Los nuevos artículos, que incorporan resultados de técnicas de creación de perfiles celulares y secuenciación de genes que se han vuelto más fáciles de ejecutar solo recientemente, revelan que “hay algunas características de los vuelos espaciales que aparecen constantemente en humanos, ratones y otros animales cuando van al espacio ”, Dice Mason. “Parece haber un conjunto central de adaptaciones y respuestas de mamíferos a los rigores de los vuelos espaciales”.

Lo bueno, lo malo y lo inexplicable

Los investigadores destacan seis cambios biológicos que ocurren en todos los astronautas durante el vuelo espacial: estrés oxidativo (una acumulación excesiva de radicales libres en las células del cuerpo), daño al ADN, disfunción de las mitocondrias, cambios en la regulación genética, alteraciones en la longitud de los telómeros (los extremos de los cromosomas, que acortan con la edad) y cambios en el microbioma intestinal.

De estos seis cambios, el más grande y sorprendente para los científicos fue disfunción mitocondrial. Las mitocondrias juegan un papel fundamental en la producción de la energía química necesaria para mantener las células y, por extensión, los tejidos y los órganos, funcionales. Los investigadores encontraron un rendimiento mitocondrial irregular en docenas de astronautas y pudieron caracterizar ampliamente estos cambios gracias a las nuevas técnicas de genómica y proteómica. Afshin Beheshti, bioinformático de la NASA y autor principal de un estudio, dice que la supresión mitocondrial ayuda a explicar cuántos de los problemas que experimentan los astronautas (como deficiencias del sistema inmunológico, alteración del ritmo circadiano y complicaciones orgánicas) están realmente relacionados entre sí de manera holística, ya que todos dependen de las mismas vías metabólicas.

“Cuando estás en el espacio, no es solo un órgano o un órgano el que se ve afectado, es todo el cuerpo el que está afectado”, dice Beheshti. “Empezamos a conectar los puntos”.

Otras investigaciones se centraron en problemas observados a nivel genético. El estudio de los gemelos mostró que los telómeros de Kelly se alargaron en el espacio antes de reducirse a longitudes normales o incluso más cortas poco después de su regreso a la Tierra. Se supone que los telómeros se acortan con la edad, por lo que el alargamiento tiene poco sentido, y el estudio de gemelos no proporcionó datos suficientes para sacar conclusiones reales sobre por qué sucedió y cuáles fueron los efectos.

Susan Bailey, experta de la Universidad Estatal de Colorado en investigación de telómeros y autora principal de varios de los artículos, dice que la nueva investigación encontró que otros 10 astronautas experimentó el mismo alargamiento de los telómeros Kelly lo hizo independientemente de la duración de la misión, así como el mismo encogimiento de los telómeros una vez que regresaron a la Tierra.

En particular, uno de los artículos del nuevo paquete encontró que los telómeros más largos también estaban asociados con los escaladores del Monte Everest. Para Bailey y sus colegas, esto sugiere que el alargamiento de los telómeros es afectado por el estrés oxidativo—Algo que tanto los escaladores como los astronautas experimentan y que interrumpe el mantenimiento adecuado de los telómeros.

Extracción de sangre de Akihiko Hoshide
El astronauta Akihiko Hoshide extrae sangre de su vena en la ISS.

NASA

Todavía están tratando de precisar cómo funcionan estas vías y exactamente cuáles podrían ser las consecuencias (probablemente no sea un secreto para la longevidad), pero “ahora tenemos una base sobre la que construir: sabemos qué buscar y qué debemos tener en cuenta en el futuro. astronautas de larga duración [and deep space] misiones de exploración ”, dice.

Aunque algunos de los cambios son inesperados, muchos no son motivo de preocupación. “Lo que me sorprende es lo bien que nos adaptamos al espacio”, dice Jeffrey Sutton, director del Centro de Medicina Espacial del Baylor College of Medicine, que no participó en la nueva investigación. Las mutaciones de las células sanguíneas disminuyeron en Kelly mientras estaba en el espacio (una sorpresa total para Mason). Los astronautas también exhibieron disminución de los niveles de biomarcadores asociados con el envejecimiento y aumento de los niveles de microARN que regulan la respuesta del sistema vascular al daño por radiación y la microgravedad. Uno de los hallazgos más extraños fue que los microbiomas intestinales de los astronautas lograron traer a la Tierra los microbios espaciales que se encuentran en la EEI.

“Los estudios individual y colectivamente son realmente impresionantes”, dice Sutton. “Hemos entrado en una nueva era de investigación biomédica espacial, donde los enfoques y herramientas de la medicina de precisión y traslacional se están aplicando para avanzar en nuestra comprensión de la adaptación humana al espacio”.

Preocupaciones a largo plazo

Sin embargo, en última instancia, los datos resaltan cuántos estragos y estrés enfrentan incluso los cuerpos más sanos durante las misiones espaciales, lo que debería tener un impacto en la planificación de misiones más largas. “No creo que estemos cerca de enviar personas no capacitadas al espacio durante períodos de tiempo realmente largos”, dice Scott Kelly.

Fisiológicamente, cree que probablemente sea seguro enviar personas a Marte y regresar. En un futuro lejano, sin embargo, “en lugar de ir a Marte, iremos a las lunas de Júpiter o Saturno”, dice. “Vas a estar en el espacio durante años. Y en ese momento, tendremos que analizar más de cerca la gravedad artificial como mitigación. No quisiera llegar a la superficie de otro cuerpo planetario y no poder funcionar. Un año más o menos es viable. Varios años probablemente no lo sea “.

exámenes médicos de scott kelly
Scott Kelly usa ultrasonido para obtener imágenes de su vena yugular con la ayuda de Gennady Padalka, con el fin de evaluar la efectividad de una contramedida de presión negativa en la parte inferior del cuerpo utilizada para revertir el desplazamiento del líquido hacia la cabeza que ocurre en el entorno de ingravidez del espacio.

NASA

Aún estamos lejos de tener que evaluar ese tipo de riesgos. Mason y sus colegas sugieren que debería haber estrategias farmacológicas para reducir el impacto de la gravedad en los cuerpos de los astronautas que regresan.

Sutton cree que la medicina de precisión podría desempeñar un papel muy importante en la adaptación de esos medicamentos para proteger a los astronautas contra los efectos de la microgravedad y la radiación. Y las respuestas biológicas compartidas entre los astronautas y los escaladores del Monte Everest sugieren que algunas intervenciones utilizadas para proteger a los atletas de deportes extremos del estrés oxidativo también podrían aplicarse a los astronautas.

Lo que necesitamos son más datos y más poblaciones para usar en la comparación. Mason, Bailey y sus colegas están empezando a recopilar perfiles de células y genes de más astronautas, especialmente aquellos que van a futuras misiones de un año. También quieren estudiar a personas que han experimentado otras condiciones similares de alguna manera a los vuelos espaciales, como pacientes de radioterapia, pilotos y asistentes de vuelo.

“Cuanto más sepamos sobre los efectos en la salud de los vuelos espaciales de larga duración, mejor podremos ayudar a mantener la salud y el rendimiento de los astronautas durante y después del vuelo espacial”, dice Bailey. “Este conocimiento también beneficia a los que estamos en la Tierra; a todos nos preocupa envejecer y tener mala salud”.

Esta publicación ha sido actualizada con comentarios de Afshin Beheshti.

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