Estudio de gravedad artificial de la ISS promete vuelos espaciales a largo plazo

La Estación Espacial Internacional es el gimnasio más caro de la humanidad.

Desde los primeros días de los viajes espaciales humanos, se ha entendido que los viajes más largos lejos de la gravedad de la Tierra pueden ser perjudiciales para el cuerpo de un astronauta. Flotar ligeramente por lo general conduce a una masa muscular significativamente reducida y los músculos del paciente pueden atrofiarse si pasan demasiado tiempo acostados en la cama. Sin gravedad para luchar constantemente, los músculos de las piernas, la espalda y el cuello de los astronautas se debilitarán debido al desuso en solo una semana. Aunque esto puede no presentar un problema inmediato durante los viajes espaciales, los astronautas que aterrizan en la Tierra en este estado de discapacidad física tienen un mayor riesgo de lesiones.

Afortunadamente, este problema puede aliviarse en gran medida con un ejercicio riguroso, y cualquier recipiente orbital lo suficientemente grande como para albergar a los ocupantes humanos durante semanas o meses tendrá el volumen interno suficiente necesario para equiparlo con el equipo de ejercicio básico, como una cinta de correr o una máquina de resistencia. Prácticamente, todas las estaciones espaciales desde Salyut 1 de la URSS en 1971 han presentado alguna forma para que sus habitantes se ejerciten en órbita. No es un sustituto de estar en la Tierra, ya que los astronautas aún regresan a casa más débiles que cuando se fueron, pero ha demostrado ser el enfoque más práctico para combatir los aspectos debilitantes de los viajes espaciales a largo plazo.

Concepto inicial de la NASA para crear gravedad artificial.

Por supuesto, hay un problema obvio con esto: cada hora que se dedica a hacer ejercicio en el espacio es una hora mejor dedicada a explorar o mantener la nave espacial. Teniendo en cuenta el increíble costo de no solo poner a un hombre en órbita, sino de mantenerlo allí durante mucho tiempo, el tiempo es literalmente dinero. Lo que nos lleva de vuelta a mi punto original: los astronautas que pasan dos o más horas todos los días en los diversos equipos de la Estación Espacial Internacional solo para evitar la pérdida de masa muscular, lo convierten en el miembro más caro del gimnasio.

Se ha argumentado que la solución ideal es diseñar futuras naves espaciales con la capacidad de dar algo de gravedad artificial a sus pasajeros con fuerza centrípeta. La técnica es bastante simple: simplemente gire el barco a lo largo de su eje y la tripulación se “pegará” al interior del casco. Desafortunadamente, simular la gravedad terrestre requeriría que la nave espacial sea mucho más grande que cualquier cosa que la humanidad haya lanzado al espacio, o que gire a una velocidad peligrosamente alta. Eso arriesga mucho para lo que en última instancia es solo una teoría.

Pero un artículo reciente de la Universidad de Tsukuba en Japón puede representar los primeros pasos reales hacia el desarrollo de sistemas prácticos de gravedad artificial en naves espaciales tripuladas. Si bien su estudio se ha centrado en ratones en lugar de humanos, los resultados deberían ayudar mucho a codificar lo que hasta ahora ha sido principalmente ciencia ficción.

Comparación imperfecta

Quizás el elemento más interesante de "Análisis transcripcional de los efectos gravitacionales en los músculos esqueléticos del ratón bajo microgravedad y 1 g artificial a bordo circundante" es que los investigadores originalmente no comenzaron a estudiar la gravedad artificial por sí mismos. El objetivo era simplemente aprender más sobre la atrofia muscular en los mamíferos a nivel molecular, en lo que respecta a los viajes espaciales a largo plazo. Tradicionalmente, este tipo de investigación se ha realizado enviando un grupo de ratones al espacio durante una o dos semanas y luego comparando su tejido muscular con un grupo de ratones de control que permanecieron en la Tierra. Pero el equipo se dio cuenta desde el principio de que tal experimento es fundamentalmente defectuoso.

AEM of the Shuttle proporcionó alojamiento a los ratones, pero sin gravedad.

Cuando hay un grupo de control y un grupo experimental, la idea es que ambos grupos estén expuestos a las mismas condiciones. excepto para el que quieres estudiar. De esa manera, puede estar bastante seguro de que algunos de los cambios que observa fueron causados ​​por ese elemento faltante. Pero con el enfoque clásico para estudiar roedores en el espacio, eso simplemente no es posible.

Piense por un momento en el viaje al que se enfrentan nuestros ratones experimentales. Primero, un cohete los pondrá en órbita. No es exactamente una ocasión cotidiana para un ratón. Durante el espacio vivirán en un microcosmos ambiental cuidado artificialmente por los sistemas del sistema de vida de la nave espacial, e incluso con blindaje, estarán expuestos a un cierto grado de radiación cósmica. Al final de su estadía, son empaquetados nuevamente en una nave espacial que regresa y enviados a toda velocidad a través de la atmósfera, solo para terminar con su sufrimiento al sumergirse en el océano. Mientras tanto, el grupo de control había estado sentado en una jaula en algún laboratorio todo el tiempo.

Estas son experiencias difícilmente comparables. Algunos de estos elementos ciertamente podrían ser simulados en la Tierra por el grupo de control, pero no con el grado de precisión que se requeriría para cancelarlos por completo. Simplemente, hay demasiadas variables para excluir la posibilidad de que hayan influido en los resultados del experimento. Lo que los investigadores se dieron cuenta de que necesitaban era alguna forma de experimentar en el grupo de control los mismos aspectos de los viajes espaciales que el grupo experimental, con la excepción de pasar tiempo en microgravedad.

Nivelando el campo

Su respuesta fue el Sistema de Investigación Multidisciplinar (MARS). Usando una pequeña centrífuga, la Unidad de Hábitat del Ratón (MHU) en la Estación Espacial Internacional puede rotar la mitad de los ratones a una velocidad lo suficientemente rápida como para aproximarse a la gravedad de la Tierra. Los ratones restantes residen en la parte inferior de la unidad, que por lo demás es idéntica, excepto por el hecho de que no gira. Por lo tanto, los investigadores pudieron estar seguros de que todos los ratones de la unidad estaban expuestos a las mismas condiciones ambientales, menos la presencia de gravedad.

Aun así, el artículo explica que la comparación no es perfecta. El grupo de control todavía pasa algún tiempo en microgravedad, ya que no hay ninguna disposición para proporcionar gravedad artificial mientras viajan hacia y desde la ISS en el SpaceX Dragon. También hay un cierto tiempo de procesamiento antes de que los ratones puedan ser retirados del Dragón y transferidos a la MHU cuando llegan por primera vez.

Dicho esto, tanto el grupo de control como el experimental pasan por el mismo proceso. Entonces, si bien el grupo de control está sujeto a algunos períodos relativamente cortos de microgravedad que no experimentarían en la Tierra, es una condición ambiental compartida con el grupo experimental.

Los resultados del experimento, realizado en 2016, están en línea con exactamente lo que los científicos han creído durante décadas: los ratones sometidos a gravedad artificial durante su estadía en la EEI no experimentaron la misma pérdida muscular que los de microgravedad. Además, la expresión génica del músculo fue diferente entre los ratones de los grupos de control y experimentales. Esto sugiere fuertemente que el cambio fue causado por la ausencia de gravedad, y no por la radiación espacial, como se teorizó anteriormente.

Había pocas dudas de que era posible producir gravedad artificial en la ISS, y el hecho de que prevenía la pérdida degenerativa de músculo que se experimentaba en condiciones de ingravidez era igualmente predecible. Sin embargo, este experimento proporcionó las pruebas concretas requeridas por el método científico. Por supuesto, se necesitarán más experimentos para ampliar aún más nuestro conocimiento de este campo, pero por ahora es seguro decir que girar una nave espacial evitará la pérdida de músculo de los mamíferos durante los viajes largos en el espacio.

Explorando nuevas fronteras

Si bien los científicos pueden usar una centrífuga para estudiar los efectos de la gravedad más allá de 1 g aquí en la Tierra, no hay forma de para reducir la influencia de la gravedad en el laboratorio. Pero debido a que la ISS ya está experimentando ingravidez debido a su ubicación en órbita, se puede usar una centrífuga para producir una gravedad artificial entre 0 y 1 g. Esto coloca a MARS en una posición única, ya que podría permitir a los investigadores simular la gravedad en la Luna o Marte, dándonos una idea de cómo la permanencia a largo plazo en esos cuerpos afectaría la fisiología humana.

Esta es una información fundamental si la humanidad alguna vez establecerá un puesto avanzado permanente en la Luna o emprenderá misiones tripuladas a Marte. El único conocimiento que tenemos sobre la adaptabilidad humana a la gravedad lunar proviene de las estancias relativamente cortas en la superficie durante el programa Apolo, y no sabemos casi nada sobre cómo respondería el cuerpo humano a meses o quizás incluso años en la superficie del mar.

La investigación también podría tener un impacto en las futuras estaciones espaciales. ¿Qué pasa si solo necesita simular una fracción de la gravedad de la tierra para mantener la atrofia muscular? Determinar la cantidad mínima de fuerza gravitacional necesaria para ralentizar o incluso detener los efectos dañinos de los viajes espaciales a largo plazo podría facilitar la producción de gravedad artificial de lo que se supone actualmente.

Al final de la revista, los investigadores sugieren que estos son exactamente los experimentos que esperan hacer en el futuro:

Aunque el estudio actual fue posible gracias a dispositivos de última generación que implementan un entorno a bordo artificial de 1 g en la EEI, los estudios futuros en mamíferos validarán el efecto de la residencia a largo plazo bajo fuerzas gravitacionales más débiles que 1 g que apuntan para simular la gravedad de la Luna y Marte, llamada gravedad parcial. Si bien se continúan desarrollando métodos experimentales para la biología espacial, los estudios futuros podrían identificar de manera más decisiva las causas subyacentes y ofrecer estrategias para prevenir la atrofia muscular.

Alejandro Vargas
Alejandro Vargas

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.