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Investigación NASA

Investigación sobre Fisiología Humana y la ISS: Manteniéndose en Forma a través del Viaje

Investigación sobre Fisiología Humana y la ISS: Manteniéndose en Forma a través del Viaje

Por :Liberto Brun Compte

El cuerpo humano pasa por numerosas adaptaciones cuando deja la gravedad de la Tierra. Los investigadores están estudiando como minimizar esos cambios fisiológicos en los astronautas y en la gente sobre la Tierra con condiciones de salud similares.

<i>Ejercitarse en el espacio sobre un ergómetro u otro tipo de equipo conveniente puede ser muy útil para disminuir condiciones como la atrofia muscular, que puede ocurrir en la microgravedad.</i>

Ejercitarse en el espacio sobre un ergómetro u otro tipo de equipo conveniente puede ser muy útil para disminuir condiciones como la atrofia muscular, que puede ocurrir en la microgravedad.

Imagínese las sensaciones de ser un astronauta – la fuerza del cohete empujándolo hacia el cielo mientras que la gravedad de la Tierra lucha para mantenerlo atrapado; la vista desde la cabina a medida que sube más y más alto; y finalmente, muchos minutos después, cuando el trasbordador espacial ha alcanzado su órbita y se encuentra en libertad alrededor de la Tierra, la vertiginosa sensación de “flotar” en el aire a medida que “nada” de un lugar a otro, girando en cámara lenta de vez en cuando, sólo porque puede hacerlo.

Pero hay más. Imagínese la sensación de catarro y la congestión nasal que siente a medida que los fluidos se mueven hacia arriba en su cuerpo, al no existir ya la gravedad que la llevaba hacia sus pies. Aunque no fuese capaz de sentirlo, existe un debilitamiento gradual de su corazón y otros músculos desde el momento en que ya no están forzados a resistir la fuerza de la gravedad. De manera similar, hay pérdida ósea desde el momento en que sus miembros ya no tienen que soportar el peso de su esqueleto, que sí lo hacen todos los días mientras están en la Tierra. Estas son unas pocas de las adaptaciones que el cuerpo realiza cuando un astronauta viaja en la Estación Espacial Internacional (ISS por sus siglas en inglés) o en cualquier otra nave espacial.

Todos estos ajustes puede hacer más difícil el trabajo en el espacio y definitivamente representan problemas cuando un astronauta reingresa en la gravedad terrestre al final de la misión. A su regreso a la Tierra, los músculos y los huesos debilitados en el espacio necesitan reajustarse al efecto de la gravedad y los fluidos que han cambiado y que han sido expelidos por el cuerpo, necesitan reemplazarse. Para minimizar los efectos fisiológicos de los viajes de larga duración en el espacio, los científicos apoyados por la oficina de Investigación Física y Biológica de la NASA (OBPR) están realizando investigaciones sobre humanos, sobre otras formas de vida y aún en células individuales. A medida que encuentran las causas de los efectos fisiológicos y desarrollan contramedidas para minimizar el impacto, los científicos también están aprendiendo más acerca de cómo combatir condiciones similares de salud que ocurren en la Tierra.

Obteniendo Entrenamiento en el Espacio

El ejercicio tradicional puede reducir algunas de las deficiencias fisiológicas asociadas con el vuelo espacial y obtener la prescripción correcta de ejercicio es justamente lo que Donald Hagan, jefe de ejercicios de la Oficina de Contramedidas y Adaptación Humana y director del Laboratorio de Ejercicios Fisiológicos en el Centro Espacial Jonson, está buscando. Las recetas de ejercicio son los planes de ejercicio individualizados que los astronautas siguen para mantener su capacidad aeróbica, densidad ósea y masa muscular lo más posible durante el vuelo. El grupo de Hagan trabaja con los propios astronautas, recomendando planes de preparación física previos al vuelo, entrenando a los astronautas en el uso de los equipos de ejercicio en vuelo a bordo de la ISS y monitoreando su salud después de su regreso a la Tierra.

Los estudios de los investigadores están relacionados con tres aparatos diferentes de ejercicio, el ergómetro cíclico para las piernas, la banda caminadora y el dispositivo de resistencia interna provisional. El ergómetro fue el primer dispositivo de ejercicios en ser llevado en una nave espacial, voló en el Skylab y en la estación espacial Rusa Mir y ahora está en la ISS. Los astronautas pueden utilizar este versátil equipo de ejercicio para ejercitar sus piernas o sus brazos para obtener beneficios de acondicionamiento aeróbico. Antes del vuelo, los astronautas completan una prueba preestablecida en el equipo para determinar su capacidad máxima de trabajo.

Durante el vuelo, todos los astronautas tienen que completar pruebas físicas de adaptabilidad en el equipo una vez al mes. Las cargas de la prueba se basan en la capacidad de carga máxima del sujeto determinada antes del vuelo. Hagan nos describe el protocolo: “Tienen 5 minutos de descanso, 5 minutos al 25 por ciento, 5 minutos al 50 por ciento, 5 minutos al 75 por ciento de su capacidad y luego realizan una recuperación de 5 minutos a una carga muy baja. Cada miembro de la tripulación tiene su propio protocolo de carga de trabajo”.

Los propósitos de la prueba son el determinar la relación entre el ritmo del corazón y el rendimiento de potencial y ver cuánto a cambiado esta relación contra la prueba de previa al vuelo. La meta consiste en que la relación entre la prueba durante el vuelo y la posterior sea la misma.

Hagan nos explica, “Por ejemplo, digamos que en tierra su ritmo cardiaco a un 25 por ciento de carga es de 110 pulsaciones por minuto, al 50 por ciento es de 140 y al 75 por ciento digamos que sube a 160”.

'A continuación los llevamos en vuelo y hacemos la misma prueba, Al 25 por ciento en lugar de ser 110, el ritmo sube a 115, después al 50 por ciento de carga en lugar de ser 140 es de 150 y al 75 por ciento en lugar de ser 160 es de 175. Lo que esto nos dice es que para cualquier carga dada de trabajo, ellos tienen un mayor ritmo cardiaco y una disminución en su capacidad aeróbica.

'Cuando veamos eso, escribiremos una receta de ejercicios o un cambio en sus actuales prescripciones de “durante el vuelo” para aumentar su acondicionamiento aeróbico y entrenamiento, de forma que podamos regresar a las condiciones que existían antes del vuelo”.

El Segundo aparato utilizado en los planes de ejercicio es la banda caminadora que puede ser operada tanto a motor como sin el. Hagan nos describe, “El astronauta es sujetado a la superficie de la banda utilizando un aparato de sujeción que consiste en dos cables de resorte que vienen de ambos lados de la banda y van sujetos a un arnés que se ajusta alrededor de la cintura del astronauta. Los cables que lo sujetan pueden ser tensados dentro de cualquier valor entre 66 por ciento al 100 por ciento del peso del sujeto”. La carga optima es generalmente del 75 por ciento del peso del astronauta en la Tierra.

De acuerdo con Hagan, el ejercicio de la banda caminadora estimula múltiples sistemas. No solo permite un ejercicio rítmico sostenido por 20 a 30 minutos, de manera que los astronautas pueden similar caminar o correr en la Tierra, sino que también puede ser cargado a niveles que provean más resistencia durante un entrenamiento. “Esa resistencia agregada debería ayudar a mantener la densidad de los huesos y la masa muscular que se pierde tan fácilmente durante el vuelo espacial”, explica Hagan.

La tercera máquina de ejercicios es el aparato de resistencia provisional, o IRED. Hagan nos describe el equipo: “El IRED son básicamente dos cilindros y dentro de cada uno de estos cilindros hay 13 discos, o fuelles. Estos fuelles van conectados a un eje central con una serie de conexiones de hule”. El astronauta establece el número de fuelles a engranarse y jala de una cuerda amarrada al eje. Los fuelles crean una resistencia; entre más fuelles, mayor la resistencia, hasta 136 kilos por cilindro.

El aparato de levantamiento de pesas o de fortalecimiento también puede utilizarse para otros ejercicios. “Tenemos un sistema de arnés para la espalda [que puede ser fijado al IRED] de manera que los astronautas puedan realizar flexiones profundas de rodilla o lo que le llamamos en cuclillas”, dice Hagan. “Pueden hacer ejercicios de espalda, o elevación de talones. Básicamente, están movilizando lo que denominamos los músculos de antigravedad: las pantorrillas, los muslos, los glúteos, todos los músculos de la espalda – todos los músculos involucrados cuando nos levantamos”.

Con el IRED, al igual que con la banda caminadora y el ergómetro, los astronautas están mejor equipados para mantener su salud mientras están en el espacio. Los estudios de sus sistemas fisiológicos también están ayudando a los científicos a aprender acerca de lo que se requiere para mantener la salud en la Tierra. Hagan dice, “Lo que hemos aprendido acerca de cómo responder a la micro gravedad es profundo. Cuando se viaja al espacio y se pasa mucho tiempo en la micro gravedad sin ejercitarse, básicamente acaba uno desgastándose. Cuando se suprime el estímulo de la gravedad, la síntesis proteínica y la fijación de calcio en los huesos cesan, pero los procesos de degradación continúan.

'Pero haciendo que los músculos y los huesos trabajen contra grandes resistencias, entonces podemos mantener en mejor forma la síntesis proteínica y el status quo del calcio, y podemos mantener el estímulo sobre el sistema cardiovascular. El ejercicio es el método simple más sencillo para mantener la salud que tenemos actualmente”. Dice que también es importante en la Tierra. “Volverse demasiado sedentario es de muchas maneras como ir al espacio. Lo que vemos en el estilo de vida sedentaria es exactamente lo que les pasa a las personas cuando pasan mucho tiempo en vuelo y no se ejercitan. Es por eso que todos tenemos que hacer ejercicio”.

Pero el ejercicio es una ciencia inexacta y los investigadores todavía no conocen que magnitud de estímulos se requiere para mantener los niveles óseos y musculares previos al vuelo. De manera que los investigadores de la OBPR también están buscando respuestas en un nivel más básico – genes.

Buscando un Ligero Cambio Genético

Kenneth Baldwin, uno de los principales investigadores en la OBPR de la Universidad de California, Irvine y miembro del Comité Consultivo de la OBPR sobre Investigación Física y Biológica, está llevando a cabo estudios para ver como afecta a la producción la reducción de estímulos del ARN que utiliza el organismo como una copia para producir proteínas musculares. Las proteínas musculares son las que dan a los músculos su fortaleza, de manera que cuando las copias del ARN no están disponibles para producir nuevas proteínas que reemplacen a las viejas – una situación que ocurre en la micro gravedad – los músculos se atrofian. Baldwin, quien actúa de cabeza de equipo en el Instituto Nacional de Investigaciones Biomédicas del Espacio, explica porqué es importante esta información para los astronautas: “Cuando el sistema muscular del esqueleto se encuentra expuesto a la microgravedad durante los vuelos espaciales, los músculos se someten a una reducción de masa que se convierte en una reducción en la fuerza”. Cuando esto sucede, la resistencia muscular disminuye y los músculos están más expuestos a una lesión, “de forma que los individuos podrían tener problemas al desempeñar actividad extravehicular [caminatas por el espacio] o una salida de emergencia porque sus cuerpos se encuentran funcionalmente en compromiso”.

<i>El estímulo de la gravedad afecta la producción del ARN, que ayuda a mantener la fuerza de los músculos humanos sobre la Tierra (arriba), como puede verse en esta sección de fibra muscular tomada de un astronauta antes del vuelo espacial. Astronautas en órbita y los pacientes en Tierra que luchan contra el desgaste muscular necesitan contramedidas para prevenir la atrofia muscular, indicada aquí por gotitas blancas de lípido (abajo) en la muestra de músculo tomada del mismo astronauta después del vuelo espacial.</i>

El estímulo de la gravedad afecta la producción del ARN, que ayuda a mantener la fuerza de los músculos humanos sobre la Tierra (arriba), como puede verse en esta sección de fibra muscular tomada de un astronauta antes del vuelo espacial. Astronautas en órbita y los pacientes en Tierra que luchan contra el desgaste muscular necesitan contramedidas para prevenir la atrofia muscular, indicada aquí por gotitas blancas de lípido (abajo) en la muestra de músculo tomada del mismo astronauta después del vuelo espacial.

Durante las investigaciones en vuelos espaciales llevadas a cabo desde 1991 a 1997, Baldwin estudió el desarrollo del esqueleto muscular en roedores durante períodos críticos de desarrollo posteriores al nacimiento. El y su equipo de investigaciones encontraron que en la microgravedad, “el músculo que normalmente se programaría para convertirse en músculos antigravedad [como son los de las piernas y espalda] no estaba produciendo el tipo apropiado de proteínas motoras en esas fibras que básicamente están diseñadas por el cuerpo para oponerse a la gravedad. Los genes específicos [que provocan la producción de proteínas de bajo motor en esos músculos] no estaban activados”. Baldwin sospechó que estos mismos genes estaban siendo eliminados en los astronautas mientras ellos se encontraban en microgravedad, reduciendo las proteínas clave producidas por los músculos antigravedad y de ahí contribuyendo a su atrofia.

Así que Baldwin y su equipo comenzaron a estudiar el efecto de la microgravedad sobre trascripción, traducción y degradación proteínica. La trascripción es el proceso de utilizar una molécula de ADN como una plantilla para construir una molécula mensajera de ARN que termina con la misma información genética que el ADN. Traducción es el proceso de utilizar después la información genética en el mensajero ARN (mARN) para formar una molécula proteínica. Baldwin explica la conexión entre estos dos procesos y la degradación, la descomposición de proteínas y el final de su ciclo de vida y atrofia. 'Cuando hablamos acerca del flujo de información para cualquier gen dado, tenemos lo que se denomina una actividad ‘promotora’ [como es la presencia de gravedad], que mantiene al gen activado y por lo tanto produce más mARN [trascribe] y después ese mARN es llevado a la formación de una proteína. Esa proteína continua desempeñando un papel funcional y con el tiempo es llevada a degradarse a través de la activación de otros genes importantes”.

Baldwin esta observando a los genes conectados a una proteína motora específica, denominada Miosina de cadena pesada. Explica, “la Miosina es la proteína más abundante de los músculos y es una proteína estructural que sirve como proteína clave reguladora para llevar a cabo los procesos de contracción (N. del T. es la responsable de la rigidez cadavérica). Regula la fuerza que se almacena en el músculo cuando el músculo es obligado a contraerse por el sistema nervioso y regula la intensidad de la contracción, de ahí la capacidad generadora de potencia del músculo”.

Baldwin dice que el soporte de peso, como normalmente ocurre en la Tierra, mantiene al gene lento de la Miosina activo en las fibras musculares de antigravedad y cuando no hay producción regular de fuerza, el gene se desconecta. De forma que Baldwin está investigando la cantidad de fuerza necesaria para mantener fuertes a los músculos. 'Si hago que los músculos se contraigan cinco veces al día con muy altas cargas sobre de ellos”, pregunta, “¿es esto suficiente para mantener al gen activado que mantendrá la proteína específica que mantendrá allí la integridad de la fibra?”

Baldwin prevé la posibilidad de usar terapia de genes como otra contramedida para la atrofia muscular. “Puede ser que encontremos ciertos factores que son fundamentales en controlar el gen [conectado a la cadena pesada de Miosina]. Si entendiéramos básicamente como activar esos factores, podríamos terminar controlando la fuerza muscular a través de intervención farmacológica en lugar de utilizar el trabajo.

'Existe un lado práctico en esto”, continúa. “Podríamos encontrar, por ejemplo, que de manera de conservar la integridad muscular de los individuos en el espacio, deben de ejercitarse ocho horas al día. Eso no es efectivo en costo. De modo que la pregunta es, ¿podrían los astronautas tomar una píldora o cualquier otro tipo de prescripción que les permitiera obtener ese factor que actúa en unión con el ejercicio, de manera que con 40 minutos de ejercicio al día, unido a esta “píldora mágica” que tomen, podrían mantener su masa corporal, o un balance?“

<i>Investigadores de la OBPR estudian los efectos de la microgravedad y en como las moléculas mensajeras de ARN de las proteínas moleculares mantienen la fuerza muscular. Las aplicaciones prácticas de esta investigación podrían llevarnos a encontrar una terapia de genes (a través de productos farmacéuticos) y el ejercicio podría actuar conjuntamente para mantener fuertes los músculos de los astronautas. </i>

Investigadores de la OBPR estudian los efectos de la microgravedad y en como las moléculas mensajeras de ARN de las proteínas moleculares mantienen la fuerza muscular. Las aplicaciones prácticas de esta investigación podrían llevarnos a encontrar una terapia de genes (a través de productos farmacéuticos) y el ejercicio podría actuar conjuntamente para mantener fuertes los músculos de los astronautas.



La respuesta a las preguntas de Baldwin podría ayudar a mantener fuertes los músculos de los astronautas durante los vuelos espaciales para prepararlos para el regreso a la gravedad de la Tierra, para mantener los músculos de los atletas terrestres a altos niveles de desempeño y conservar los músculos de los humanos luchando contra enfermedades de desgaste muscular.

Los Huesos al Descubierto en el Vuelo Espacial

Los científicos de la OBPR también están estudiando como minimizar la pérdida ósea, otra condición experimentada por los astronautas. Ted Bateman, investigador y director de investigaciones médicas en el BioServe Space Technologies, un centro espacial comercial auspiciado por la NASA, describe este efecto: 'Cuando se elimina la carga gravitacional, los huesos ya no sienten el esfuerzo o la tirantez que normalmente se experimenta aquí en la Tierra. Como resultado, los astronautas están supeditados a una acelerada velocidad de pérdida ósea, perdiendo entre medio a 1 por ciento y 2 por ciento de su pérdida de masa ósea por mes”, o un 6 a 24 por ciento por año. En contraste, la pérdida ósea en las mujeres con osteoporosis Tipo I (relación-hormona), una condición caracterizada por una disminución en la densidad ósea y un aumento en la fragilidad y porosidad, es de un 3 a 4 por ciento al año, y menos en hombres y mujeres con osteoporosis Tipo II (relacionado con la edad).

Bateman, quien está en la Universidad Boulder de Colorado, ha estado utilizando ratones en estudios en tierra para aprender lo que le sucede a los huesos en microgravedad. Está asociado con Amgen Inc. para examinar una contramedida potencial a la referida pérdida ósea. Los ratones están colocados en un proceso con base en tierra para imitar las condiciones de gravedad reducida en el espacio y son tratados con osteoprotegerina (OPG), una proteína natural que es un potente regulador del metabolismo de los huesos. La OPG está siendo desarrollada por el socio comercial de BioServe, la empresa Amgen, como una droga farmacéutica que esta siendo evaluada en pruebas clínicas con la supervisión de la FDA (Food and Drug Administration). En sus estudios en tierra, Baterman encontró que la OPG mantenía la fuerza mecánica de los huesos en los ratones en microgravedad simulada cuando fueron tratados con niveles de OPG iguales a los de ratones en condiciones normales de gravedad.

<i>La OPG podría ser una eficaz contramedida a la pérdida ósea experimentada por los astronautas y por pacientes con osteoporosis.</i>

La OPG podría ser una eficaz contramedida a la pérdida ósea experimentada por los astronautas y por pacientes con osteoporosis.



Ahora Bateman está examinando la osteoporosis que experimentan los ratones en microgravedad real y si la OPG puede minimizar o aún prevenir esta pérdida de hueso. En Diciembre del 2001, la BioServe/Amgen envió en vuelo una parte de sus investigaciones como un experimento en el trasbordador espacial sobre STS-108. Para este experimento, Bateman y Paul Kostenuik, el principal investigador de Amgen, inyectaron a 12 ratones con OPG, y otros 12 ratones con un placebo. La OPG se une en el cuerpo con otra proteína, OPG-ligando. Al hacer esto, la OPG previene que los osteoclastos (células absorbedoras de hueso) remuevan demasiado del hueso que los osteoblastos (células formadoras de hueso) están produciendo. Un balance adecuado entre los osteoclastos y los osteoplastos es fundamental para el desarrollo y mantenimiento de la salud ósea. La actividad extra de los osteoblastos en los niños permite el crecimiento de los huesos, mientras que después de la madurez, una actividad casi similar de las dos células mantiene un balance entre formación y absorción. Bateman explica la importancia de esta función: “Con los astronautas, está muy claro que la microgravedad desacopla la formación de hueso y la reabsorción de manera que existe una inhibición de formación ósea. Pero la mayor parte de la pérdida de masa ósea va a venir de un incremento en la reabsorción del hueso”. Encontrar una contramedida efectiva para esta reabsorción incrementada ayudaría a los astronautas a mantener su densidad ósea y su fuerza mientras se encuentran en el espacio.

El tratamiento de la OPG podría potencialmente ayudar a la gente de la Tierra con osteoporosis. De acuerdo con la Fundación Nacional para la Osteoporosis, 10 millones de personas en los Estados Unidos han sido diagnosticados con este mal, con otros 18 millones de americanos en riesgo por baja densidad ósea. El ochenta por ciento de los pacientes con osteoporosis son mujeres. La osteoporosis es responsable de más de 1.5 millones de fracturas cada año. Bateman describe la seriedad de la condición: “La osteoporosis es una enfermedad sin síntomas. No se tiene ninguna indicación de que se tiene hasta que se hace un escáner o se fracturan los huesos. Las personas en sus 60s o 70s podrían encontrarse jugando golf, tenis, o caminando varios kilómetros al día y de repente sufrir una fractura de cadera o una fractura vertebral y tener que ser postrados en cama“. Bateman tiene la esperanza de que las investigaciones en BioServe/Amgen con ratones, puedan conducir a un tratamiento efectivo contra la osteoporosis que podría impactar a miles de vidas, tanto en el espacio como en la Tierra.

Aprendiendo los fundamentos de “Cara de Luna”

Otro estudio que podría ayudar a los astronautas es el trabajo de John Tarbell, de la Universidad del Estado de Pennsylvania. Tarbell esta utilizando un modelo de cultivo de células para encontrar la causa y las contramedidas para la “Cara de Luna”, un cambio de fluidos a la parte superior del cuerpo, que crea una cara más redonda y más llena.

<i>Los astronautas experimentan una congestión nasal, molestias nasales y una cara más redonda y llena denominada “cara de Luna” (derecha) cuando la barrera que normalmente previene el paso de los fluidos de los conductos sanguíneos a los tejidos circundantes en la Tierra se vuelve inefectiva en la microgravedad. </i>

Los astronautas experimentan una congestión nasal, molestias nasales y una cara más redonda y llena denominada “cara de Luna” (derecha) cuando la barrera que normalmente previene el paso de los fluidos de los conductos sanguíneos a los tejidos circundantes en la Tierra se vuelve inefectiva en la microgravedad.

Observando las células para encontrar respuestas a algunos de los misterios de como afecta el vuelo espacial a los cuerpos, no es por lo general algo inusual en la investigación. Kathie L. Olsen, administradora asociada en funciones de la OBPR explica, “En términos de entender la fisiología humana, podemos examinar al humano hasta lo mínimo [hasta un nivel subcelular], pero también podemos ser reduccionistas [comenzar desde el nivel más bajo] e ir hacia arriba'. Los científicos como Tarbell en la materia de la física de los fluidos están trabajando a nivel celular. El científico sobre esta disciplina de fluidos físicos Bhim Singh, del Glenn Research Center, explica la importancia de la investigación a este nivel: “A la vez que se han hecho muchos progresos en la comprensión de los cambios causados por la microgravedad sobre la fisiología humana y de que se han desarrollado algunas contramedidas efectivas, poco se sabe acerca de los mecanismos fundamentales responsables de los cambios. Comprender los fluidos físicos y su transporte a nivel celular en un ambiente de microgravedad será crucial para identificar los factores responsables de crear los problemas fisiológicos adversos”.

Tarbell está aprendiendo las causas de cara de Luna por medio del estudio de la capa celular del endotelio, que alinea los vasos sanguíneos desde la aorta hasta los capilares. Estas células proveen la principal barrera al transporte transvascular, el paso de agua y solutos entre la sangre y los tejidos que están debajo. En la Tierra, estas células están expuestas continuamente a la fuerza de fricción mecánica y a la presión impuesta por la sangre que fluye sobre sus superficies y están adaptadas a este ambiente. Cuando el sistema cardiovascular es puesto en microgravedad, afecta al flujo de los fluidos, la presión en los vasos sanguíneos cambia y las fuerzas de fricción eventualmente se reducen, lo cual incrementa la conductividad hidráulica de la capa celular del endotelio, o su habilidad para transportar agua y soluto, haciendo que esa capa sea menos efectiva como barrera. Tarbell sugiere que esta situación permite el transporte transvascular, causando que el cambio del fluido ocurra a los humanos en la microgravedad.

En las investigaciones en tierra, utilizando un modelo de cultivo de tejido de la barrera de transporte del endotelio, ha demostrado que un repentino aumento en la presión vascular, lo cual ocurre en la presencia de microgravedad, induce a una pronta respuesta de adaptación. La resistencia de la capa endotélica al flujo del agua desde la sangre hacia el espacio de los tejidos aumenta por cerca de una hora después de que la presión aumenta. Este mecanismo de control natural tiende a limitar el hinchamiento de la cara. Los experimentos realizados en tierra nos muestran además que una hora después de alterada la presión, la resistencia comienza a disminuir sustancialmente, llevando a una condición en la cual hay una excesiva pérdida de fluido desde la sangre a los tejidos. Esta pérdida de control del transporte transvascular agrava más el hinchamiento facial.

Tarbell se encuentra estudiando los mecanismos biomoleculares que median la respuesta de la barrera de transportación endotelial con respecto a los cambios de presión. Su grupo ha encontrado que la pérdida de resistencia al transporte de fluidos desde la sangre a los tejidos puede ser bloqueada totalmente inhibiendo la formación de óxido nítrico (NO) utilizando agentes farmacológicos. Los descubrimientos de la investigación de Tarbell, relativos al NO, se complementan con los estudios de otros científicos en biomedicina y biología fundamental del espacio de la OBPR que están estudiando actualmente como afecta el NO a otras condiciones, relacionadas con los fluidos y experimentadas por los astronautas tales como flujo de sangre en los huesos, intolerancia ortoestática (mareos al estar de pié o al levantarse), atrofia cardiaca y ritmos circadianos (patrones de sueño normales).

Tarbell también ha encontrado que la pérdida de resistencia puede revertirse elevando los niveles intracelulares del cAMP – adenosina monofosfato cíclico -- (en ingles – cyclic adenosine monophosphate), una molécula señalizadora que afecta la conductividad hidráulica de las células endotélicas. Como consecuencia, el volumen de fluidos cambia, afectando a los astronautas. Tarbell dice, “El resultado sugiere una variedad de posibles enfoques para que la intervención farmacológica regule la actividad hidráulica de las células endotélicas en la microgravedad”, de ahí reduciendo el grado de “Cara de Luna” y otras condiciones relacionadas con los fluidos experimentadas por los astronautas.

En la Tierra, los descubrimientos de las investigaciones de Tarbell podrían dar luz a la importancia de mantener una osteopatía normal de los tejidos y un conocimiento en como su comportamiento se convierte en crítico en varias enfermedades. Estas incluyen la ateroesclerosis, una enfermedad degenerativa de las arterias que provoca ataques de corazón y paros cardiacos; retinopatía diabética, escape de albúmina hacia la retina; y cuando el tejido está inflamado, el transporte transvascular que conduce al tejido a tener un edema (hinchazón).

Investigación Conjunta en Fisiología Humana

La NASA no es la única agencia federal interesada en la investigación de fisiología humana y la NASA se está beneficiando de y contribuyendo con, otras organizaciones. De hecho, la agencia espacial tiene 40 acuerdos para llevar a cabo estudios conjuntos relativos a varios aspectos del bienestar y la salud humana, con otras agencias federales y organizaciones. He aquí algunas de ellas:

· Colegio Americano de Medicina de los Deportes (American College of Sports Medicine): investigación fisiológica sobre ejercicios y músculo-esquelético.
· Federación Americana para el Envejecimiento (American Federation for Aging): el proceso del envejecimiento.
· Centros para Prevención y Control de Enfermedades (Centers for Disease Control and Prevention): tecnología sobre pruebas remotas en las áreas de vigilancia de enfermedades infecciosas, control y prevención.
· Departamento de la Defensa (Department of Defense): mecanismos asociados con el volumen de sangre y la regulación de la presión.
· Departamento de Energía (Department of Energy): investigación sobre radiación.
· Administración de Drogas y Alimentos (Food and Drug Administration): investigación sobre la diabetes.
· Fundación para la Diabetes Juvenil (Juvenile Diabetes Foundation): investigación sobre el tratamiento de la diabetes juvenil.
· Institutos Nacionales de Salud (National Institutes of Health): un amplio rango de tópicos, desde funciones sensoriales motoras hasta aplicación de la robótica a las adaptaciones neuro-musculares, lesiones de la columna vertebral, aplicación de rayos láser para detección temprana de cataratas; hasta un entendimiento básico de las funciones de la sala de espera.
· Fundación Nacional de Osteoporosis (National Osteoporosis Foundation): comunicación general al público acerca de la osteoporosis.
· Fundación Nacional de Ciencias (National Science Foundation): investigación básica sobre factores psicológicos relacionados con el vuelo espacial.

Lecturas Relacionadas

Para mayor información sobre el trabajo de Tarbell, vean:
· Tarbell, J. M., Demaio, L., & Zaw, M. M. (1999). Effect of pressure on hydraulic conductivity of endothelial monolayers: The role of endothelial cleft shear stress. Journal of Applied Physiology, 87, 261-268
· Tarbell Faculty Web page: http://fenske.che.psu.edu/Faculty/Tarbell/BTDL/rsch.html

Para mayor información sobre las investigaciones de Bateman, vean:

· Bateman, T. A., Dunstan, C. R., Ferguson, V. L., Lacey, D. L., Ayers, R. A., Simske, S. J. (2000). Osteoprotegerin mitigates tail suspension-induced osteopenia. Bone, 26, 443-449
· Bateman, T. A., Dunstan, C. R., Ferguson, V. L., Lacey, D. L., Ayers, R. A., Simske, S. J. (2001). Osteoprotegerin ameliorates sciatic nerve crush induced bone loss. Journal of Orthopaedic Research, 19, 518-523
· BioServe Research, including Bateman's research on bone growth: http://www.colorado.edu/engineering/BioServe/research.html

Para mayor información sobre las investigaciones de Baldwin, vean:

· Adams, G. R., McCue, S. A., Bodell, P. W., Zeng, M., and Baldwin, K. M. (2000). The effects of spaceflight on rat hindlimb development I: Muscle mass and IGF-1 expression. Journal of Applied Physiology, 88, 894-903
· Adams, G., Haddad, F., McCue, S. A., Bodell, P. W., Zeng, M., Qin, L., Qin, A. X., and Baldwin, K. M (2000). The effects of spaceflight and thyroid deficiency on rat hindlimb development II: Expression of myosin heavy chain isoforms. Journal of Applied Physiology, 88, 904-916
Para mayor información sobre las investigaciones de Hagan y otros científicos en el Exercise Physiology Laboratory at Johnson Space Center, visiten la página web:

· http://www.jsc.nasa.gov/sa/sd/sd3/exl/


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