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Ingravidez

Los astronautas en la Estación Espacial Internacional experimentan únicamente microgravedad y, por lo tanto, ofrecen un ejemplo de ingravidez. En primer plano se puede ver a Mic...

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Los astronautas en la Estación Espacial Internacional experimentan únicamente microgravedad y, por lo tanto, ofrecen un ejemplo de ingravidez. En primer plano se puede ver a Michael Foale haciendo ejercicio.

La ingravidez es la ausencia total o casi total de la sensación de peso , es decir, peso aparente cero . También se denomina fuerza g cero o g cero (llamada así por la fuerza g ) [ 1 ] o, de forma engañosa, gravedad cero .

El peso es una medida de la fuerza que actúa sobre un objeto en reposo en un campo gravitatorio relativamente intenso (como en la superficie de la Tierra). Estas sensaciones de peso se originan por el contacto con suelos, asientos, camas, básculas, etc. También se produce una sensación de peso, incluso cuando el campo gravitatorio es nulo, cuando las fuerzas de contacto actúan sobre un cuerpo y vencen su inercia mediante fuerzas mecánicas no gravitatorias , como en una centrífuga , una estación espacial giratoria o dentro de un vehículo en aceleración.

Cuando el campo gravitatorio no es uniforme, un cuerpo en caída libre experimenta fuerzas de marea y no está libre de tensiones. Cerca de un agujero negro , estos efectos de marea pueden ser muy intensos, provocando la espaguetización . En el caso de la Tierra, los efectos son menores, especialmente en objetos de dimensiones relativamente pequeñas (como el cuerpo humano o una nave espacial), y la sensación general de ingravidez se conserva. Esta condición se conoce como microgravedad y se da en las naves espaciales en órbita. El término microgravedad es prácticamente sinónimo de sus efectos, teniendo en cuenta que los entornos gravitatorios no son uniformes y las fuerzas G nunca son exactamente cero.

Ingravidez en la mecánica newtoniana

En la mitad izquierda, el resorte está lejos de cualquier fuente de gravedad. En la mitad derecha, se encuentra en un campo gravitatorio uniforme.
  1. Gravedad cero y sin peso
  2. Gravedad cero, pero no ingravidez (el resorte se propulsa mediante cohetes).
  3. La primavera está en caída libre y sin peso.
  4. El resorte descansa sobre un pedestal y tiene peso 1 y peso 2.

En la física newtoniana, la sensación de ingravidez que experimentan los astronautas no es el resultado de que haya una aceleración gravitatoria nula (vista desde la Tierra), sino de que no haya una fuerza g que un astronauta pueda sentir debido a la condición de caída libre, y también de que haya una diferencia nula entre la aceleración de la nave espacial y la aceleración del astronauta. El periodista espacial James Oberg explica el fenómeno de esta manera: [ 2 ]

El mito de que los satélites permanecen en órbita porque han "escapado de la gravedad terrestre" se perpetúa (falsamente) por el uso casi universal e indebido del término "gravedad cero" para describir las condiciones de caída libre a bordo de las naves espaciales en órbita. Por supuesto, esto no es cierto; la gravedad sigue existiendo en el espacio. Impide que los satélites salgan disparados hacia el vacío interestelar. Lo que falta es el "peso", la resistencia a la atracción gravitatoria ejercida por una estructura anclada o una fuerza contraria. Los satélites permanecen en el espacio debido a su tremenda velocidad horizontal, que les permite —si bien son atraídos inevitablemente hacia la Tierra por la gravedad— caer "más allá del horizonte". La curvatura del suelo, que se extiende a lo largo de la superficie redonda de la Tierra, compensa la caída de los satélites hacia el suelo. La velocidad, no la posición ni la falta de gravedad, es lo que mantiene a los satélites en órbita alrededor de la Tierra.

Desde la perspectiva de un observador que no se mueve con el objeto (es decir, en un sistema de referencia inercial ), la fuerza de gravedad sobre un objeto en caída libre es exactamente la misma que de costumbre. [ 3 ] Un ejemplo clásico es una cabina de ascensor cuyo cable se ha cortado y que cae en picado hacia la Tierra, acelerando a una velocidad de 9,81 metros por segundo al cuadrado. En este escenario, la percepción de la fuerza gravitatoria por parte de alguien dentro del ascensor se reduce considerablemente, aunque no del todo; sin embargo, la fuerza no es exactamente cero. Dado que la gravedad es una fuerza dirigida hacia el centro de la Tierra, dos bolas separadas horizontalmente serían atraídas en direcciones ligeramente diferentes y se acercarían entre sí a medida que el ascensor desciende. Asimismo, si estuvieran separadas verticalmente, la inferior experimentaría una fuerza gravitatoria mayor que la superior, ya que la gravedad disminuye según la ley del inverso del cuadrado . Estos dos efectos de segundo orden son ejemplos de microgravedad. [ 3 ]

Entornos sin gravedad y de peso reducido

Maniobra de vuelo de gravedad cero

Peso reducido en las aeronaves

Desde 1959, los aviones se utilizan para proporcionar un entorno de casi ingravidez en el que entrenar astronautas, realizar investigaciones y filmar películas. A estas aeronaves se las conoce comúnmente con el apodo de " Cometa del Vómito ".

Para crear un entorno de ingravidez, el avión vuela en un arco parabólico de 10 km (6 millas) , ascendiendo primero y luego entrando en picada. Durante el arco, la propulsión y la dirección de la aeronave se controlan para contrarrestar la resistencia del aire, lo que hace que el avión se comporte como si estuviera en caída libre en el vacío.  

El avión KC-135A de la NASA asciende para realizar una maniobra de gravedad cero.

Avión de gravedad reducida de la NASA

Versiones de tales aviones han sido operadas por el Programa de Investigación de Gravedad Reducida de la NASA desde 1973, donde se originó el apodo no oficial. [ 4 ] Posteriormente, la NASA adoptó el apodo oficial "Weightless Wonder" para su publicación. [ 5 ] El avión de gravedad reducida actual de la NASA, "Weightless Wonder VI", un McDonnell Douglas C-9 , tiene su base en Ellington Field (KEFD), cerca del Centro Espacial Lyndon B. Johnson .

El programa Microgravity University de la NASA , también conocido como Programa de Oportunidades de Vuelo para Estudiantes en Gravedad Reducida, permite a equipos de estudiantes de pregrado presentar una propuesta para un experimento en microgravedad. Si son seleccionados, los equipos diseñan e implementan su experimento, y los estudiantes son invitados a volar en el avión experimental Vomit Comet de la NASA.

Agencia Espacial Europea A310 Gravedad Cero

La Agencia Espacial Europea (ESA) realiza vuelos parabólicos en un avión Airbus A310-300 especialmente modificado [ 6 ] para llevar a cabo investigaciones en microgravedad. Junto con el CNES francés y el DLR alemán , realizan campañas de tres vuelos en días consecutivos, con aproximadamente 30 parábolas en cada vuelo que suman unos 10 minutos de ingravidez. Estas campañas son operadas actualmente desde el aeropuerto de Burdeos-Mérignac por Novespace , [ 7 ] una filial del CNES ; el avión es pilotado por pilotos de prueba de DGA Essais en Vol .

A partir de mayo de 2010La ESA ha realizado 52 campañas científicas y también 9 campañas de vuelos parabólicos estudiantiles. [ 8 ] Sus primeros vuelos de gravedad cero fueron en 1984 utilizando un avión NASA KC-135 en Houston , Texas. Otros aviones utilizados incluyen el Ilyushin Il-76 MDK ruso antes de fundar Novespace, luego un Caravelle francés y un Airbus A300 Zero-G . [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Vuelos comerciales para pasajeros públicos

Interior de un Ilyushin 76MDK ruso del Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Gagarin.

Novespace creó Air Zero G en 2012 para compartir la experiencia de la ingravidez con 40 pasajeros por vuelo, utilizando el mismo A310 ZERO-G que para las experiencias científicas. [ 12 ] Estos vuelos son vendidos por Avico , operan principalmente desde Burdeos-Mérignac , Francia , y tienen como objetivo promover la investigación espacial europea, permitiendo a los pasajeros experimentar la ingravidez. Jean-François Clervoy , presidente de Novespace y astronauta de la ESA , vuela con estos astronautas de un día a bordo del A310 Zero-G. Después del vuelo, explica la búsqueda del espacio y habla sobre los 3 viajes espaciales que realizó a lo largo de su carrera. La aeronave también se ha utilizado para fines cinematográficos, con Tom Cruise y Annabelle Wallis para La Momia en 2017. [ 13 ]

La empresa Zero Gravity Corporation opera un Boeing 727 modificado que realiza vuelos parabólicos para crear entre 25 y 30 segundos de ingravidez.

Instalaciones de entrega en tierra

Pruebas en gravedad cero en las instalaciones de investigación de gravedad cero de la NASA.

Las instalaciones terrestres que generan condiciones de ingravidez con fines de investigación se conocen normalmente como tubos de caída o torres de caída.

La Instalación de Investigación de Gravedad Cero de la NASA , ubicada en el Centro de Investigación Glenn en Cleveland, Ohio , es un pozo vertical de 145 m, en gran parte bajo tierra, con una cámara de caída al vacío integrada, en la que un vehículo experimental puede tener una caída libre durante 5,18 segundos, cayendo una distancia de 132 m. El vehículo experimental se detiene en aproximadamente 4,5 m de gránulos de poliestireno expandido , experimentando una tasa de desaceleración máxima de 65 g .

En el Centro Glenn de la NASA también se encuentra la Torre de Caída Libre de 2,2 Segundos, con una distancia de caída de 24,1 m. Los experimentos se dejan caer dentro de un escudo de arrastre para reducir los efectos de la resistencia del aire. El conjunto se detiene en una bolsa de aire de 3,3 m de altura, con una desaceleración máxima de aproximadamente 20 g . Mientras que la Instalación de Gravedad Cero realiza una o dos caídas al día, la Torre de Caída Libre de 2,2 Segundos puede realizar hasta doce caídas diarias.

El Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA alberga otra instalación de tubo de caída que tiene 105 m de altura y proporciona una caída libre de 4,6 s en condiciones de casi vacío . [ 14 ]

Otros puntos de entrega en todo el mundo incluyen:

Máquinas de posicionamiento aleatorio

Otro método terrestre para simular la ingravidez en muestras biológicas es el "clinostato 3D", también llamado máquina de posicionamiento aleatorio . A diferencia de un clinostato convencional , la máquina de posicionamiento aleatorio gira simultáneamente sobre dos ejes y establece progresivamente una condición similar a la microgravedad mediante el principio de promediado vectorial de la gravedad.

Flotabilidad neutra

Una persona flotando en el Mar Muerto debido a su agua altamente salina, sin necesidad de nadar para mantenerse a flote, leyendo un periódico en el agua, es una imagen popular para los turistas.

Piscina de flotabilidad neutra

Un astronauta entrenando en el Laboratorio de Flotabilidad Neutra en Houston.

Una piscina o tanque de flotabilidad neutra es una piscina de agua donde se utiliza la flotabilidad neutra para entrenar a los astronautas en actividades extravehiculares y en el desarrollo de procedimientos. Estas piscinas comenzaron a usarse en la década de 1960 y, en un principio, eran simplemente piscinas recreativas ; posteriormente se construyeron instalaciones específicas para este fin.

Órbitas

La relación entre los vectores de aceleración y velocidad en una nave espacial en órbita.
La astronauta estadounidense Marsha Ivins demuestra el efecto de la ingravidez en el cabello largo durante la misión STS-98 .
La Estación Espacial Internacional en órbita alrededor de la Tierra , febrero de 2010. La ISS se encuentra en un entorno de microgravedad .

En la Estación Espacial Internacional (EEI), hay pequeñas fuerzas g que provienen de efectos de marea, gravedad de objetos distintos de la Tierra, como los astronautas, la nave espacial y el Sol , resistencia del aire y movimientos de los astronautas que imparten impulso a la estación espacial. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] El símbolo de microgravedad, μg , se utilizó en las insignias de los vuelos del transbordador espacial STS-87 y STS-107 , porque estos vuelos se dedicaron a la investigación de la microgravedad en órbita terrestre baja .

vuelos suborbitales

Con el paso de los años, la investigación biomédica sobre las implicaciones de los vuelos espaciales ha cobrado mayor relevancia en la evaluación de posibles cambios fisiopatológicos en humanos. [ 19 ] Los vuelos suborbitales aprovechan la ingravidez aproximada, o μg, en la órbita terrestre baja y representan un modelo de investigación prometedor para la exposición a corto plazo. Ejemplos de estos enfoques son los programas MASER , MAXUS o TEXUS, gestionados por la Corporación Espacial Sueca y la Agencia Espacial Europea .

Movimiento orbital

El movimiento orbital es una forma de caída libre. [ 3 ] Los objetos en órbita no carecen completamente de peso debido a varios efectos:

  • Efectos que dependen de la posición relativa en la nave espacial:
    • Debido a que la fuerza de gravedad disminuye con la distancia, los objetos con tamaño distinto de cero estarán sujetos a una fuerza de marea , o una atracción diferencial, entre los extremos del objeto más cercano y más lejano de la Tierra. (Una versión extrema de este efecto es la espaguetización ). En una nave espacial en órbita terrestre baja (LEO), la fuerza centrífuga también es mayor en el lado de la nave espacial más alejado de la Tierra. A una  altitud de LEO de 400 km, la diferencia total en la fuerza g es aproximadamente 0,384 μg / m. [ 20 ] [ 3 ]
    • La gravedad entre la nave espacial y un objeto en su interior puede provocar que dicho objeto "caiga" lentamente hacia una parte más masiva de la misma. La aceleración es de 0,007 μg para 1000  kg a  una distancia de 1 m.
  • Efectos uniformes (que podrían compensarse):
    • Aunque extremadamente tenue, existe algo de aire a altitudes orbitales de entre 185 y 1000  km. Esta atmósfera provoca una mínima desaceleración debido a la fricción. Esto podría compensarse con un pequeño empuje continuo, pero en la práctica la desaceleración solo se compensa de forma intermitente, por lo que la diminuta fuerza G resultante no se elimina.
    • Los efectos del viento solar y la presión de la radiación son similares, pero se dirigen en dirección opuesta al Sol. A diferencia del efecto de la atmósfera, no disminuye con la altitud.
  • Otros efectos:
    • Actividad rutinaria de la tripulación: Debido a la conservación del momento lineal , cualquier miembro de la tripulación a bordo de una nave espacial que se empuje contra una pared provoca que la nave se mueva en la dirección opuesta.
    • Vibración estructural: La tensión ejercida sobre el casco de la nave espacial provoca que esta se doble, causando una aceleración aparente.

Ingravidez en el centro de un planeta

Si un objeto viajara al centro de un planeta esférico sin que los materiales del planeta lo obstaculizaran, alcanzaría un estado de ingravidez al llegar al centro del núcleo del planeta . Esto se debe a que la masa del planeta circundante ejerce una atracción gravitatoria igual en todas las direcciones desde el centro, anulando la atracción de cualquier dirección y creando un espacio sin atracción gravitatoria. [ 21 ]

Ausencia de gravedad

Un entorno de microgravedad "estacionario" [ 22 ] requeriría viajar lo suficientemente lejos en el espacio profundo como para reducir el efecto de la gravedad por atenuación a casi cero. Esto es simple en concepto, pero requiere viajar una distancia muy grande, lo que lo hace altamente impráctico. Por ejemplo, para reducir la gravedad de la Tierra en un factor de un millón, uno necesita estar a una distancia de 6 millones de kilómetros de la Tierra, pero para reducir la gravedad del Sol en esta cantidad, uno tiene que estar a una distancia de 3.7 mil millones de kilómetros. Esto no es imposible, pero hasta ahora solo lo han logrado cuatro sondas interestelares : ( Voyager 1 y 2 del programa Voyager , y Pioneer 10 y 11 del programa Pioneer ) . A la velocidad de la luz, se tardaría aproximadamente tres horas y media en llegar a este entorno de microgravedad (una región del espacio donde la aceleración debida a la gravedad es una millonésima parte de la experimentada en la superficie de la Tierra). Sin embargo, para reducir la gravedad a una milésima parte de la que hay en la superficie terrestre, basta con estar a una distancia de 200.000  km.

A una distancia relativamente cercana a la Tierra (menos de 3000  km), la gravedad se reduce solo ligeramente. Mientras un objeto orbita un cuerpo como la Tierra, la gravedad sigue atrayéndolo hacia ella y el objeto se acelera hacia abajo a casi 1g. Debido a que los objetos suelen moverse lateralmente con respecto a la superficie a velocidades tan enormes, no pierden altitud debido a la curvatura de la Tierra. Vistos desde un observador en órbita, otros objetos cercanos en el espacio parecen flotar porque todos son atraídos hacia la Tierra a la misma velocidad, pero también se mueven hacia adelante a medida que la superficie terrestre se aleja. Todos estos objetos están en caída libre , no en gravedad cero.

Compare el potencial gravitatorio en algunos de estos lugares .

Efectos sobre la salud

El astronauta Clayton Anderson observa cómo una gran gota de agua flota frente a él en la nave Discovery. La cohesión juega un papel más importante en el espacio.

Tras la aparición de estaciones espaciales habitables durante largos periodos, se ha demostrado que la exposición a la ingravidez tiene algunos efectos perjudiciales para la salud humana. [ 23 ] [ 24 ] Los seres humanos están bien adaptados a las condiciones físicas de la superficie terrestre. En respuesta a un periodo prolongado de ingravidez, diversos sistemas fisiológicos comienzan a cambiar y atrofiarse. Si bien estos cambios suelen ser temporales, pueden provocar problemas de salud a largo plazo.

El problema más común que experimentan los humanos en las primeras horas de ingravidez se conoce como síndrome de adaptación espacial (SAS), comúnmente llamado mareo espacial. Los síntomas del SAS incluyen náuseas y vómitos , vértigo , dolores de cabeza , letargo y malestar general. [ 25 ] El primer caso de SAS fue reportado por el cosmonauta Gherman Titov en 1961. Desde entonces, aproximadamente el 45% de todas las personas que han volado al espacio han sufrido esta condición. La duración del mareo espacial varía, pero en ningún caso ha durado más de 72 horas, después de las cuales el cuerpo se adapta al nuevo entorno. La NASA mide el SAS en tono de broma utilizando la "escala de Garn", llamada así por el senador estadounidense Jake Garn , cuyo SAS durante la misión STS-51-D fue el peor registrado. Por lo tanto, un "Garn" equivale al caso más grave posible de SAS. [ 26 ]

Los efectos adversos más significativos de la ingravidez prolongada son la atrofia muscular (véase Reducción de la masa muscular, la fuerza y ​​el rendimiento en el espacio para más información) y el deterioro del esqueleto , u osteopenia del vuelo espacial . [ 25 ] Estos efectos pueden minimizarse mediante un régimen de ejercicio, [ 27 ] como el ciclismo, por ejemplo. Los astronautas sometidos a largos períodos de ingravidez usan pantalones con bandas elásticas unidas entre la cintura y los puños para comprimir los huesos de las piernas y reducir la osteopenia. [ 28 ] Otros efectos significativos incluyen la redistribución de fluidos (que causa la apariencia de "cara de luna" típica de las fotos de astronautas en ingravidez), [ 28 ] [ 29 ] cambios en el sistema cardiovascular a medida que las presiones sanguíneas y las velocidades del flujo cambian en respuesta a la falta de gravedad, una producción reducida de glóbulos rojos , trastornos del equilibrio y un debilitamiento del sistema inmunitario . [ 30 ] Los síntomas menores incluyen pérdida de masa corporal, congestión nasal, trastornos del sueño, exceso de flatulencia e hinchazón de la cara. Estos efectos comienzan a revertirse rápidamente al regresar a la Tierra.

Además, después de largas misiones de vuelo espacial , los astronautas pueden experimentar cambios en la visión . [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] Estos problemas de visión pueden ser una preocupación importante para futuras misiones de vuelo al espacio profundo, incluyendo una misión tripulada al planeta Marte . [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 36 ] La exposición a altos niveles de radiación puede influir en el desarrollo de la aterosclerosis. [ 37 ] Recientemente se han detectado coágulos en la vena yugular interna en vuelo. [ 38 ]

El 31 de diciembre de 2012, un estudio respaldado por la NASA informó que los vuelos espaciales tripulados podrían dañar el cerebro de los astronautas y acelerar la aparición de la enfermedad de Alzheimer . [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] En octubre de 2015, la Oficina del Inspector General de la NASA emitió un informe sobre riesgos para la salud relacionados con los vuelos espaciales tripulados, incluyendo una misión tripulada a Marte . [ 42 ] [ 43 ]

mareo espacial

Seis astronautas que llevaban casi un año entrenando en el Centro Espacial Johnson están experimentando un entorno de microgravedad.

Se cree que el mareo espacial (ME) es un subtipo de mareo por movimiento que afecta a casi la mitad de los astronautas que viajan al espacio. [ 44 ] El ME, junto con la congestión facial por el desplazamiento de fluidos hacia la cabeza, dolores de cabeza y dolor de espalda, forma parte de un conjunto más amplio de síntomas que comprenden el síndrome de adaptación espacial (SAE). [ 45 ] El ME se describió por primera vez en 1961 durante la segunda órbita del cuarto vuelo espacial tripulado, cuando el cosmonauta Gherman Titov, a bordo del Vostok 2 , describió sentirse desorientado con molestias físicas en su mayoría compatibles con el mareo por movimiento. Es uno de los problemas fisiológicos más estudiados de los vuelos espaciales, pero sigue representando una dificultad significativa para muchos astronautas. En algunos casos, puede ser tan debilitante que los astronautas deben ausentarse de sus tareas laborales programadas en el espacio, incluyendo perderse una caminata espacial para la que han pasado meses entrenando. [ 46 ] Sin embargo, en la mayoría de los casos, los astronautas seguirán trabajando a pesar de los síntomas, incluso con una disminución en su rendimiento. [ 47 ]

A pesar de su experiencia en algunas de las maniobras físicas más rigurosas y exigentes de la Tierra, incluso los astronautas más experimentados pueden verse afectados por el SMS, lo que provoca síntomas como náuseas intensas, vómitos explosivos, fatiga , malestar general y dolor de cabeza. [ 47 ] Estos síntomas pueden aparecer tan repentinamente y sin previo aviso que los viajeros espaciales pueden vomitar repentinamente sin tiempo para contener el vómito, lo que produce olores fuertes y líquido dentro de la cabina que pueden afectar a otros astronautas. [ 47 ] También pueden producirse algunos cambios en los movimientos oculares como resultado del SMS. [ 48 ] Los síntomas suelen durar entre uno y tres días después de entrar en ingravidez, pero pueden reaparecer al reingresar a la gravedad terrestre o incluso poco después del aterrizaje. El SMS se diferencia del mareo terrestre en que la sudoración y la palidez suelen ser mínimas o inexistentes, y los hallazgos gastrointestinales generalmente muestran ausencia de ruidos intestinales, lo que indica una reducción de la motilidad gastrointestinal . [ 49 ]

Incluso cuando las náuseas y los vómitos desaparecen, algunos síntomas del sistema nervioso central pueden persistir, lo que puede degradar el rendimiento del astronauta. [ 49 ] Graybiel y Knepton propusieron el término " síndrome de somnolencia " para describir los síntomas de letargo y somnolencia asociados con el mareo por movimiento en 1976. [ 50 ] Desde entonces, su definición se ha revisado para incluir "...un complejo de síntomas que se desarrolla como resultado de la exposición a movimiento real o aparente y se caracteriza por somnolencia excesiva, lasitud, letargo, depresión leve y capacidad reducida para concentrarse en una tarea asignada". [ 51 ] En conjunto, estos síntomas pueden representar una amenaza sustancial (aunque temporal) para el astronauta, quien debe permanecer atento a los asuntos de vida o muerte en todo momento.

El síndrome de Smith-Magenis (SMS) se considera comúnmente un trastorno del sistema vestibular que se produce cuando la información sensorial del sistema visual (vista) y del sistema propioceptivo (postura, posición del cuerpo) entra en conflicto con la información erróneamente percibida de los canales semicirculares y los otolitos del oído interno. Esto se conoce como la «teoría de la discrepancia neural» y fue propuesta por primera vez en 1975 por Reason y Brand. [ 52 ] Por otro lado, la hipótesis del desplazamiento de fluidos sugiere que la ingravidez reduce la presión hidrostática en la parte inferior del cuerpo, lo que provoca que los fluidos se desplacen hacia la cabeza desde el resto del cuerpo. Se cree que estos desplazamientos de fluidos aumentan la presión del líquido cefalorraquídeo (causando dolor de espalda), la presión intracraneal (causando dolores de cabeza) y la presión del líquido del oído interno (causando disfunción vestibular). [ 53 ]

A pesar de la multitud de estudios que buscan una solución al problema del SMS, este sigue siendo un problema persistente para los viajes espaciales. La mayoría de las contramedidas no farmacológicas, como el entrenamiento y otras maniobras físicas, han ofrecido un beneficio mínimo. Thornton y Bonato señalaron: «Los esfuerzos de adaptación previos y durante el vuelo, algunos obligatorios y la mayoría onerosos, han sido, en su mayor parte, fracasos operativos». [ 54 ] Hasta la fecha, la intervención más común es la prometazina , un antihistamínico inyectable con propiedades antieméticas , pero la sedación puede ser un efecto secundario problemático. [ 55 ] Otras opciones farmacológicas comunes incluyen la metoclopramida , así como la aplicación oral y transdérmica de escopolamina , pero la somnolencia y la sedación también son efectos secundarios comunes de estos medicamentos. [ 53 ]

Efectos musculoesqueléticos

En el entorno espacial (o de microgravedad), los efectos de la descarga varían significativamente entre individuos, y las diferencias de sexo agravan esta variabilidad. [ 56 ] Las diferencias en la duración de la misión y el pequeño tamaño de la muestra de astronautas que participan en la misma misión también contribuyen a la variabilidad de los trastornos musculoesqueléticos que se observan en el espacio. [ 57 ] Además de la pérdida muscular, la microgravedad provoca un aumento de la resorción ósea , una disminución de la densidad mineral ósea y un mayor riesgo de fracturas. La resorción ósea conlleva un aumento de los niveles urinarios de calcio , lo que posteriormente puede aumentar el riesgo de nefrolitiasis . [ 58 ]

En las dos primeras semanas en que los músculos se liberan de la carga del peso del cuerpo humano durante el vuelo espacial, comienza la atrofia muscular general. Los músculos posturales contienen más fibras lentas y son más propensos a la atrofia que los grupos musculares no posturales. [ 57 ] La pérdida de masa muscular se produce debido a desequilibrios en la síntesis y degradación de proteínas. La pérdida de masa muscular también se acompaña de una pérdida de fuerza muscular, que se observó después de solo 2 a 5 días de vuelo espacial durante las misiones Soyuz-3 y Soyuz-8 . [ 57 ] También se han encontrado disminuciones en la generación de fuerzas contráctiles y potencia muscular general en respuesta a la microgravedad.

Para contrarrestar los efectos de la microgravedad en el sistema musculoesquelético, se recomienda el ejercicio aeróbico. Este suele realizarse en forma de ciclismo en vuelo. [ 57 ] Un régimen más eficaz incluye ejercicios de resistencia o el uso de un traje de pingüino [ 57 ] (que contiene bandas elásticas cosidas para mantener una carga de estiramiento en los músculos antigravedad), centrifugación y vibración. [ 58 ] La centrifugación recrea la fuerza gravitatoria de la Tierra en la estación espacial, con el fin de prevenir la atrofia muscular. La centrifugación puede realizarse con centrifugadoras o pedaleando a lo largo de la pared interior de la estación espacial. [ 57 ] Se ha descubierto que la vibración de todo el cuerpo reduce la resorción ósea a través de mecanismos que aún no están claros. La vibración puede administrarse utilizando dispositivos de ejercicio que utilizan desplazamientos verticales yuxtapuestos a un fulcro, o utilizando una placa que oscila en un eje vertical. [ 59 ] El uso de agonistas beta-2 adrenérgicos para aumentar la masa muscular y el uso de aminoácidos esenciales junto con ejercicios de resistencia se han propuesto como medios farmacológicos para combatir la atrofia muscular en el espacio. [ 57 ]

Efectos cardiovasculares

La astronauta Tracy Dyson habla sobre los estudios realizados a bordo de la Estación Espacial Internacional acerca de la salud cardiovascular.

Junto al sistema esquelético y muscular, el sistema cardiovascular se ve menos afectado en la ingravidez que en la Tierra y se descondiciona durante períodos prolongados en el espacio. [ 60 ] En un entorno normal, la gravedad ejerce una fuerza hacia abajo, estableciendo un gradiente hidrostático vertical. Al estar de pie, parte del líquido "excedente" reside en los vasos y tejidos de las piernas. En un entorno de microgravedad, con la pérdida de un gradiente hidrostático , parte del líquido se redistribuye rápidamente hacia el pecho y la parte superior del cuerpo, y puede percibirse como una "sobrecarga" del volumen sanguíneo circulante. [ 61 ] En el entorno de microgravedad, el exceso de volumen sanguíneo recién detectado se ajusta expulsando el exceso de líquido hacia los tejidos y las células (reducción del volumen del 12-15%) y los glóbulos rojos se ajustan hacia abajo para mantener una concentración normal ( anemia relativa ). [ 61 ] En ausencia de gravedad, la sangre venosa se precipitará hacia la aurícula derecha porque la fuerza de la gravedad ya no tira de la sangre hacia abajo en los vasos de las piernas y el abdomen, lo que resulta en un aumento del volumen sistólico . [ 62 ] Estos cambios de fluidos se vuelven más peligrosos al regresar a un entorno de gravedad normal, ya que el cuerpo intentará adaptarse a la reintroducción de la gravedad. La reintroducción de la gravedad atraerá nuevamente el fluido hacia abajo, pero ahora habrá un déficit tanto de fluido circulante como de glóbulos rojos. La disminución de la presión de llenado cardíaco y del volumen sistólico durante el estrés ortostático debido a una disminución del volumen sanguíneo es lo que causa la intolerancia ortostática . [ 63 ] La intolerancia ortostática puede resultar en pérdida temporal de la conciencia y la postura, debido a la falta de presión y volumen sistólico. [ 64 ] Algunas especies animales han desarrollado características fisiológicas y anatómicas (como alta presión sanguínea hidrostática y una ubicación del corazón más cercana a la cabeza) que les permiten contrarrestar la presión sanguínea ortostática. [ 65 ] [ 66 ] La intolerancia ortostática más crónica puede resultar en síntomas adicionales como náuseas, problemas de sueño y otros síntomas vasomotores. [ 67 ]

Muchos estudios sobre los efectos fisiológicos de la ingravidez en el sistema cardiovascular se realizan en vuelos parabólicos. Es una de las pocas opciones factibles para combinar con experimentos en humanos, lo que convierte a los vuelos parabólicos en la única forma de investigar los verdaderos efectos del entorno de microgravedad en un cuerpo sin viajar al espacio. [ 68 ] Los estudios de vuelos parabólicos han proporcionado una amplia gama de resultados con respecto a los cambios en el sistema cardiovascular en un entorno de microgravedad. Los estudios de vuelos parabólicos han aumentado la comprensión de la intolerancia ortostática y la disminución del flujo sanguíneo periférico que sufren los astronautas al regresar a la Tierra. Debido a la pérdida de sangre que bombear, el corazón puede atrofiarse en un entorno de microgravedad. Un corazón debilitado puede resultar en un bajo volumen sanguíneo, una presión arterial baja y afectar la capacidad del cuerpo para enviar oxígeno al cerebro sin que el individuo se maree. [ 69 ] También se han observado alteraciones del ritmo cardíaco entre los astronautas, pero no está claro si esto fue resultado de condiciones preexistentes o un efecto del entorno de microgravedad. [ 70 ] Una contramedida actual consiste en beber una solución salina, que aumenta la viscosidad de la sangre y, por consiguiente, la presión arterial, lo que atenúa la intolerancia ortostática posterior a la exposición a microgravedad. Otra contramedida consiste en la administración de midodrina , un agonista adrenérgico alfa-1 selectivo . La midodrina produce constricción arterial y venosa, lo que resulta en un aumento de la presión arterial por reflejos barorreceptores . [ 71 ]

Efectos en organismos no humanos

Científicos rusos han observado diferencias entre las cucarachas concebidas en el espacio y sus contrapartes terrestres. Las cucarachas concebidas en el espacio crecieron más rápido y también se volvieron más rápidas y resistentes. [ 72 ]

Los huevos de gallina que se colocan en microgravedad dos días después de la fertilización no parecen desarrollarse adecuadamente, mientras que los huevos que se colocan en microgravedad más de una semana después de la fertilización se desarrollan normalmente. [ 73 ]

Un experimento del transbordador espacial de 2006 descubrió que la Salmonella typhimurium , una bacteria que puede causar intoxicación alimentaria, se volvía más virulenta cuando se cultivaba en el espacio. [ 74 ] El 29 de abril de 2013, científicos del Instituto Politécnico Rensselaer, financiados por la NASA, informaron que, durante los vuelos espaciales en la Estación Espacial Internacional, los microbios parecen adaptarse al entorno espacial de maneras "no observadas en la Tierra" y de maneras que "pueden conducir a aumentos en el crecimiento y la virulencia ". [ 75 ]

Bajo ciertas condiciones de prueba, se ha observado que los microbios prosperan en la casi ingravidez del espacio [ 76 ] y sobreviven en el vacío del espacio exterior . [ 77 ] [ 78 ]

Aplicaciones comerciales

Llama de vela en la Tierra (izquierda) frente a en condiciones orbitales (derecha)

Cristales de alta calidad

Aunque aún no es una aplicación comercial, ha habido interés en cultivar cristales en microgravedad, como en una estación espacial o un satélite artificial automatizado mediante ingeniería de procesos de baja gravedad , en un intento de reducir los defectos de la red cristalina. [ 79 ] Estos cristales libres de defectos pueden resultar útiles para ciertas aplicaciones microelectrónicas y también para producir cristales para posterior cristalografía de rayos X.

En 2017, se realizó un experimento en la ISS para cristalizar el anticuerpo monoclonal terapéutico pembrolizumab , cuyos resultados mostraron partículas cristalinas más uniformes y homogéneas en comparación con los controles terrestres. [ 80 ] Dichas partículas cristalinas uniformes pueden permitir la formulación de terapias con anticuerpos más concentradas y de bajo volumen, potencialmente adecuadas para la administración subcutánea , un enfoque menos invasivo en comparación con el método actual de administración intravenosa . [ 81 ]

Historia

Un dibujo de personas y objetos flotando en órbita realizado por Konstantin Tsiolkovsky , uno de los primeros científicos espaciales (1933).

Isaac Newton describió en el siglo XVII los conocimientos necesarios para explicar la ingravidez.

Konstantin Tsiolkovsky describió la ingravidez orbital.

En la década de 1950, los hermanos Fritz Haber y Heinz Haber propusieron utilizar vuelos parabólicos para simular la ingravidez.

Véase también

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  • Jhala, Dhwani; Kale, Raosaheb; Singh, Rana (2014). "La microgravedad altera el crecimiento y la progresión del cáncer". Objetivos actuales de los fármacos contra el cáncer . 14 (4): 394– 406. doi : 10.2174/1568009614666140407113633 . PMID 24720362 . 
  • Tirumalai, Madhan R.; Karouia, Fathi; Tran, Quyen; Stepanov, Victor G.; Bruce, Rebekah J.; Ott, C. Mark; Pierson, Duane L.; Fox, George E. (diciembre de 2017). "La adaptación de células de Escherichia coli cultivadas en microgravedad simulada durante un período prolongado es tanto fenotípica como genómica" . npj Microgravity . 3 (1): 15. doi : 10.1038/s41526-017-0020-1 . PMC 5460176. PMID 28649637 .  
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