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Daño en el disco intervertebral y vuelos espaciales

Los astronautas han expresado una mayor incidencia de dolor de espalda durante los vuelos espaciales y se han diagnosticado hernias de disco intervertebral (IVD) al regreso de l...

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Los astronautas han expresado una mayor incidencia de dolor de espalda durante los vuelos espaciales y se han diagnosticado hernias de disco intervertebral (IVD) al regreso de los participantes de los vuelos espaciales Skylab y Shuttle .

Estas afecciones y síntomas pueden deberse a lesiones de espalda previas, pero la evidencia de lesiones en el disco intervertebral plantea la preocupación [¿ por quién? ] de que los astronautas corren un mayor riesgo de sufrir daños en los discos intervertebrales durante los escenarios de carga experimentados durante las misiones de exploración (reingreso a un campo gravitacional y actividades en superficies planetarias). Hasta la fecha, los datos de vuelo relacionados con posibles lesiones de espalda se han centrado en el alargamiento de la columna y los efectos bien establecidos de la descarga mecánica en los discos intervertebrales.

Causas y estudios actuales

Hasta 1991, el sesenta y ocho por ciento de los primeros astronautas que volaron al espacio informaron tener dolor de espalda generalizado. [1] El dolor se considera más intenso durante los primeros momentos del vuelo y disminuye a medida que éste avanza.

Las posibles causas del dolor de espalda en vuelo pueden estar asociadas a:

  • El alargamiento de la columna vertebral debido a la disminución de las fuerzas gravitacionales [ cita requerida ]
  • Debilidad de los músculos centrales y de la espalda [2] [3] incluida atrofia de los músculos de la espalda inducida por el espacio
  • aumento de la tensión en las cápsulas articulares facetarias proximales [4]
  • placas terminales vertebrales inervadas fracturadas [5] [6]
  • degeneración del disco [7]
  • hernia del anillo fibroso [8]

Independientemente de la causa, los astronautas pueden correr un mayor riesgo de sufrir lesiones o daños en los discos intervertebrales cuando los discos hinchados se ven sometidos a fuerzas o torsiones excesivas mientras trabajan en superficies planetarias. Las misiones de exploración en superficies planetarias también pueden presentar problemas de habitabilidad que podrían inducir una tensión torsional excesiva, un factor de riesgo establecido para la hernia del anillo fibroso . [9]

Actualmente, existen datos mínimos durante y después del vuelo que caracterizarían los cambios en los discos intervertebrales de los miembros de la tripulación para evaluar cómo estos cambios predispondrían a los discos a sufrir lesiones durante la recarga. Se sabe que la hernia del núcleo pulposo se produce en aviadores expuestos a entornos con alta fuerza G [10] y se ha producido en astronautas después de una misión.

La tasa de riesgo relativo de daño del disco intervertebral se ha investigado recientemente [11] , pero actualmente no hay evidencia que vincule el origen del daño del disco intervertebral con cambios en el disco como resultado de los vuelos espaciales.

Con base en el análisis del tejido del disco intervertebral de animales sin peso, los cambios bioquímicos en el núcleo pulposo durante el vuelo espacial afectarán la capacidad de la presión osmótica y la elasticidad del núcleo pulposo para resistir la carga compresiva . [12] [13] [14] No se han identificado cambios bioquímicos en los discos intervertebrales de los miembros de la tripulación después del vuelo, pero hay investigaciones in vitro con explantos de cartílago bovino para usar tecnología de resonancia magnética para correlacionar los cambios en el contenido de proteoglicanos del disco intervertebral con la relajación de protones T 1 rho . [15] Este biomarcador permitirá el monitoreo no invasivo del contenido de proteoglicanos como un método para evaluar el impacto bioquímico de la ingravidez.

Información de simulación basada en computadora

Los estudios que aplican el modelado de elementos finitos (FEM) a los dispositivos de diagnóstico in vitro bajo la presión osmótica más baja del entorno espacial muestran que la aparición de una grieta en el dispositivo de diagnóstico in vitro que experimenta una presión osmótica más baja aumentará el riesgo de lesión del dispositivo. [16] El FEM también se utilizó para demostrar que la carga estática por sí sola no promueve la extrusión de líquido de los dispositivos de diagnóstico in vitro hinchados durante el reposo en cama o la ingravidez. La expulsión de líquido aumentará con el aumento de la frecuencia de carga. [17]

Es necesario continuar trabajando en esta capacidad de simulación.

Riesgo en el contexto de escenarios operacionales de exploración

La definición de la causa del dolor de espalda y las lesiones del DIV debidas a los vuelos espaciales sigue siendo una cuestión abierta. Entre las hipótesis y presunciones que se han tenido en cuenta se incluyen las siguientes:

  • La ausencia de carga axial y de fuerzas debidas a la atrofia de los músculos de la espalda predisponen a los miembros de la tripulación a sufrir lesiones en el IVD.
  • El riesgo de cambios perjudiciales en la espalda y en la estructura y bioquímica del DIV aumentará con el aumento de los períodos sin carga en condiciones de ingravidez.
  • El riesgo de sufrir lesiones en la espalda y daños en el IVD será mayor con las mayores fuerzas G experimentadas durante el reingreso, el aterrizaje y las actividades en la superficie.

Evidencia de vuelo espacial

Durante la misión Skylab 4 de 84 días , se midió y registró la elongación de la columna vertebral de un astronauta con una precisión de 1/16 de pulgada (Thornton, 1987). Este estudio describió un aumento asintomático de la altura durante el vuelo que se estabilizó a los 29 días. El aumento total de la altura fue de 1,5 pulgadas (3,8 cm), medido al final de la misión. Se presume que esta elongación se debe a la expansión de los discos intervertebrales durante la ingravidez (descarga axial). El astronauta también informó de un dolor de espalda el día del aterrizaje que estaba asociado con una hernia de disco intervertebral.

Revisión de la carta del astronauta

Revisión retrospectiva de historias clínicas para evaluar la incidencia de daño en el disco intervertebral después de que varios astronautas desarrollaran hernia del núcleo pulposo cervical o lumbar en el período inmediatamente posterior al vuelo. [11] Este estudio comparó específicamente la incidencia de daño en el disco intervertebral en astronautas con una población de control de la misma edad de personas que nunca habían volado al espacio. Esta revisión también debería aclarar si existe un mayor riesgo de daño en el disco intervertebral debido a:

  • Exposición a entornos de alta y baja gravedad
  • Períodos prolongados en una postura anormal
  • Cambios en la estructura del disco intervertebral debido a la expansión en ausencia de carga axial.

No está claro si los cambios debidos a los vuelos espaciales aumentan el riesgo de daño en el disco intervertebral, ya que hay evidencia de que muchos de los astronautas lesionados habían tenido previamente múltiples exposiciones a fuerzas G excesivas como pilotos de aviones a reacción de alto rendimiento (6-20 G) o a fuerzas vibratorias como pilotos de helicópteros.

La fisiopatología de la lesión del disco intervertebral después de un vuelo espacial no se ha identificado con claridad. La expansión documentada del volumen del disco después del vuelo espacial, junto con las lesiones del disco intervertebral después de la recarga en la gravedad de la Tierra, sugiere que los cambios adaptativos del disco intervertebral en la ingravidez alteran el equilibrio entre la presión osmótica del núcleo pulposo y la estructura de colágeno resistiva de los anuli fibrosi , reduciendo así la capacidad de la estructura del disco intervertebral para soportar la reexposición a las fuerzas G. Las exposiciones repetidas y previas a fuerzas G excesivas en jets de alto rendimiento también pueden haber debilitado las estructuras del disco intervertebral, particularmente en las vértebras cervicales, aumentando la susceptibilidad de estos discos a sufrir daños. El riesgo relativo de lesión del disco intervertebral inducida por el vuelo espacial debe delinearse comparando los riesgos absolutos de la población de astronautas con los de una cohorte de control terrestre con un historial de vuelo similar.

Evidencia basada en el terreno

Los cambios de volumen del disco intervertebral se cuantificaron mediante imágenes de resonancia magnética en respuesta a diferentes escenarios de descarga axial. [18] Las áreas de sección transversal y las constantes de relajación de protones transversales (T2) de los IVD fueron índices utilizados para monitorear los cambios adaptativos de los discos intervertebrales al reposo en cama durante la noche (durante 5 semanas y 17 semanas) y después de 8 días de vuelo espacial. La expansión promedio de los IVD con reposo en cama pareció alcanzar un equilibrio en cualquier momento entre 9 horas y 4 días de descarga con la expansión que oscilaba entre el 10 y el 40 % de los valores iniciales, previos al reposo en cama (media = 22 %). Hubo aumentos leves en los tiempos de relajación T2 en relación con los aumentos en el área del disco. La restauración de los volúmenes de IVD después de la descarga no se evaluó sistemáticamente, pero la Tabla 1 proporciona una comparación relativa del tiempo transcurrido en 1 G en el que los volúmenes de IVD medidos no fueron diferentes de las mediciones iniciales; los períodos relativos de recuperación parecen alargarse a medida que aumenta el período de adaptación del IVD a la descarga.

Véase también

Referencias

  1. ^ Wing, PC; Tsang, IK; Susak, L; Gagnon, F; Gagnon, R; Potts, JE (abril de 1991). "Dolor de espalda y cambios espinales en microgravedad". Clínicas ortopédicas de Norteamérica . 22 (2): 255– 62. doi :10.1016/S0030-5898(20)31651-5. PMID  1826549.
  2. ^ Dvir, Z; Keating, JL (1 de abril de 2003). "Esfuerzo de extensión del tronco en pacientes con disfunción lumbar crónica". Spine . 28 (7): 685– 92. doi :10.1097/01.BRS.0000051917.04731.A4. PMID  12671356. S2CID  46115716.
  3. ^ Ho, CW; Chen, LC; Hsu, HH; Chiang, SL; Li, MH; Jiang, SH; Tsai, KC (15 de septiembre de 2005). "Fuerza muscular isocinética del tronco y rodillas bilaterales en sujetos jóvenes con hernia de disco lumbar". Spine . 30 (18): E528-33. doi :10.1097/01.brs.0000179307.34310.7d. PMID  16166880. S2CID  30373006.
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Dominio público Este artículo incorpora material de dominio público de Riesgos para la salud humana y el rendimiento de las misiones de exploración espacial (PDF) . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . (NASA SP-2009-3405).

  • Examen vertebral ecográfico del astronauta (ecografía espinal)
  • La NASA recurre al Dr. John Mayer, experto en lesiones de la columna vertebral de la USF
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