El vuelo espacial hace algunas cosas extrañas en los cuerpos de los astronautas

La astronauta Karen Nyburg usa un fundoscopio para un examen ocular a bordo de la Estación Espacial Internacional. NASA

El astronauta Scott Kelly vivió y trabajó en la Estación Espacial Internacional durante 340 días, el tiempo más largo que un estadounidense ha pasado en el espacio. Su misión les dio a los científicos una idea vital de lo que le sucede al cuerpo humano durante las estancias de larga duración en órbita. Eso es porque Kelly tiene un gemelo idéntico, Mark (también astronauta, y ahora pronto será senador de los EE. UU.). Los gemelos Kelly ofrecieron a los científicos una rara oportunidad: mientras estudiaban lo que le sucedió al cuerpo de Scott durante su año en el espacio, tuvieron la ventaja de tener un sujeto de control, Mark, que se quedó en la Tierra.

El Estudio de gemelos de la NASA proporcionó más evidencia de lo que ya sospechábamos. En una cápsula confinada bajo microgravedad y exposición prolongada a la radiación, el sistema inmunológico recibe un golpe, el ojo cambia de forma para peor y hay una pérdida significativa de masa muscular y ósea.

Pero también aprendimos sobre algunos efectos sorprendentes. Kelly experimentó cambios en su microbioma intestinal, sus habilidades cognitivas se ralentizaron, ciertos genes se activaron y desactivaron y sus cromosomas experimentaron cambios estructurales.

El Estudio de gemelos nos dio un primer esbozo de las respuestas moleculares del cuerpo humano a los vuelos espaciales, pero estos contornos debían completarse, 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 mapear 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 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 bajo 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 perfilado celular y secuenciación de genes que se han vuelto más fáciles de ejecutar recientemente, revelan que hay algunas características de los vuelos espaciales que aparecen constantemente en humanos, ratones y otros animales cuando van al espacio. dice Masón. Parece haber un conjunto básico de adaptaciones y respuestas de los mamíferos a los rigores de los vuelos espaciales.

Lo bueno, lo malo y lo inexplicable

Los investigadores destacan seis cambios biologicos que ocurren en todos los astronautas durante los vuelos espaciales: estrés oxidativo (una acumulación excesiva de radicales libres en las células del cuerpo), daño en el ADN, disfunción de las mitocondrias, cambios en la regulación de genes, 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 desempeñan un papel fundamental en la producción de la energía química necesaria para mantener las células, y por extensión, los tejidos y 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 experimentaron los astronautas (como deficiencias del sistema inmunitario, alteración del ritmo circadiano y complicaciones de órganos) en realidad están relacionados entre sí de manera holística, ya que todos dependen de las mismas vías metabólicas.

Cuando estás en el espacio, no es solo un área u órgano el que se ve afectado, es todo el cuerpo el que se ve afectado, dice Beheshti. 'Empezamos a conectar los puntos'.

Otra investigación se centró en los problemas observados a nivel genético. El Estudio de Gemelos mostró que los telómeros de Kelly se alargaron en el espacio antes de volver a encogerse 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 Twins Study no proporcionó suficientes datos para generar conclusiones reales sobre por qué sucedió y cuáles fueron los efectos.

Susan Bailey, experta en investigación de telómeros de la Universidad Estatal de Colorado 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 la misma reducción de telómeros una vez que regresaron a la Tierra.

En particular, uno de los documentos 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 afectados por el estrés oxidativo —algo que tanto los escaladores como los astronautas experimentan y que interrumpe el mantenimiento adecuado de los telómeros.

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

NASA

Todavía están tratando de determinar 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 cual construir: sabemos qué buscar y ser conscientes de los futuros astronautas en misiones de exploración de larga duración [y del espacio profundo], dice ella.

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 de la Facultad de Medicina de Baylor, que no participó en la nueva investigación. Las mutaciones de células sanguíneas disminuyeron en Kelly mientras estuvo 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 de vuelta a la Tierra los microbios espaciales que se encuentran en la ISS.

Los estudios individuales y colectivos son realmente impresionantes, dice Sutton. Hemos entrado en una nueva era de investigación biomédica espacial, donde los enfoques y las herramientas de la medicina traslacional y de precisión 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 destacan cuánto caos 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 largos períodos de tiempo, dice Scott Kelly.

Fisiológicamente, cree que probablemente sea seguro enviar personas a Marte y regresar. Sin embargo, en un futuro lejano, 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 punto, tendremos que mirar más de cerca la gravedad artificial como una mitigación. No me gustaría estar llegando a la superficie de otro cuerpo planetario y no poder funcionar. Un año más o menos es viable. Varios años probablemente no lo sea.

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

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Todavía 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 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 comparar. Mason, Bailey y sus colegas están comenzando a recolectar perfiles celulares y genéticos de más astronautas , especialmente aquellos que van a futuras misiones de un año. También quieren estudiar a personas que hayan experimentado otras condiciones similares 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. Tal conocimiento también nos beneficia a nosotros en la Tierra: todos estamos preocupados por envejecer y tener mala salud.

Esta publicación ha sido actualizada con comentarios de Afshin Beheshti.

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