Adaptación del organismo a la falta de gravedad

 

AUTORES

1. Javier Luna Ferrer. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
2. Javier Ordovás Sánchez. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
3. Carlos Moreno Gálvez. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
4. Luis Corbatón Gomollón. Médico Interno Residente, Hospital Universitario de Navarra. España.
5. Ignacio Ladrero Paños. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
6. Álvaro Morella Barreda. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.

 

RESUMEN

El este artículo se ha realizado una revisión sistemática de la bibliografía disponible en la que se analiza los efectos fisiológicos que enfrenta el cuerpo humano en condiciones de microgravedad, como las que se experimentan durante misiones espaciales. La investigación describe las consecuencias en varios sistemas del organismo, destacando cómo la gravedad afecta su funcionamiento normal y las adaptaciones que se producen en ausencia de esta.

En el sistema cardiovascular, la microgravedad provoca una redistribución de líquidos que se acumulan en la cabeza y el tórax, lo que puede causar problemas como edema intracraneal y aumento de la presión venosa. Se experimenta una pérdida significativa de masa ósea debido a la falta de carga gravitacional, lo que conduce a la osteoporosis y al riesgo de fracturas tras regresar a la Tierra. De manera similar, se produce una atrofia muscular debido a la falta de uso, especialmente en las extremidades inferiores.

En cuanto al sistema nervioso, la alteración de la distribución de líquidos afecta el equilibrio y la orientación, mientras que el sistema inmunológico se debilita, aumentando el riesgo de infecciones. Además, se observan cambios en la visión y la función respiratoria.

El artículo resalta la importancia de un control médico riguroso antes, durante y después de las misiones, así como la necesidad de más investigación para comprender completamente estos efectos y desarrollar contramedidas efectivas. Esto es especialmente relevante ante el interés creciente en misiones espaciales prolongadas, como las que podrían realizarse a Marte.

PALABRAS CLAVE

Hipogravedad, ingravidez, medio ambiente extraterrestre, simulación del espacio, fisiología.

ABSTRACT

This article presents a systematic review of the available literature, analyzing the physiological effects the human body faces under microgravity conditions, such as those experienced during space missions. The research outlines the consequences on various bodily systems, highlighting how gravity influences their normal functioning and the adaptations that occur in its absence.

In the cardiovascular system, microgravity causes a redistribution of fluids that accumulate in the head and chest, potentially leading to problems such as intracranial edema and increased venous pressure. There is a significant loss of bone mass due to the lack of gravitational load, leading to osteoporosis and the risk of fractures upon returning to Earth. Similarly, muscle atrophy occurs due to the lack of use, especially in the lower limbs.

Regarding the nervous system, the alteration of fluid distribution affects balance and orientation, while the immune system weakens, increasing the risk of infections. Additionally, changes in vision and respiratory function are observed.

The article emphasizes the importance of rigorous medical monitoring before, during, and after space missions, as well as the need for further research to fully understand these effects and develop effective countermeasures. This is especially relevant in light of the growing interest in long-duration space missions, such as those that could be undertaken to Mars.

KEY WORDS

Hypogravity, weightlessness, extraterrestrial environment, space simulation, physiology.

INTRODUCCIÓN

La gravedad es la fuerza (aceleración) con la que se atraen los cuerpos en función directa de su masa e inversa del cuadrado de la distancia que los separa. Aplicándolo a nuestro entorno hace referencia al efecto de atracción entre la tierra (medido desde su centro) y el resto de elementos que hay en su entorno incluido el cuerpo humano.

El valor de la gravedad terrestre (g) se ve afectado por el achatamiento de los polos (la superficie de los polos está más próxima al centro de la tierra y por ello es mayor la fuerza de atracción). También influye la fuerza centrífuga generada por la rotación de la tierra. Es máxima a nivel del ecuador y contrarresta el efecto gravitacional. En los polos la fuerza centrífuga es nula. Hay más variables como la presencia de montañas y las variaciones de densidad de las rocas que modifican en menor medida. El valor de esta aceleración (g) varía entre 9,78 m/s2 en el ecuador y 9,83 m/s2 en los dos polos.

Aunque es una fuerza de alcance infinito, su efecto se reduce con la distancia (la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia) hasta llegar a unos niveles apenas perceptibles.

La gravedad cero no existe, pero se puede se puede conseguir un efecto similar (ingravidez, microgravedad) de varias maneras:

1.-Avión en vuelo parabólico en caída libre (dura escasos segundos).

2.-Estaciones orbitales. La gravedad es un 89% de la que hay en la superficie terrestre y se compensa con la velocidad de vuelo alrededor del planeta (altura de vuelo 335-460 km, velocidad > 26.000 km/h).

3.-Viajes a otros cuerpos espaciales.

Para poder realizar estudios experimentales en la tierra hay varios métodos que simulan la ingravidez, aunque de un modo bastante limitado: reposo en cama horizontal, reposo en cama con inclinación vertical es el más usado para estudios prolongados), inmersión en agua e inmersión en seco (éste último con una barrera de tela elástica entre la persona y el agua)

Las consecuencias para el cuerpo humano de la falta de gravedad son muy variadas y afectan prácticamente a la totalidad de sistemas. Pero el factor principal que determina la intensidad de estos cambios es el tiempo de exposición (tabla 1). La construcción de estaciones orbitales (Saliut, Skylab, MIR, Estación Espacial Internacional) ha permitido estancias prolongadas. Hay varias personas que han superado un año de permanencia continuada y más de dos años de forma discontinua.

OBJETIVOS

El ser humano siempre ha ansiado la conquista del espacio. Sin embargo, al igual que todos los seres vivos de nuestro planeta se han adaptado a su hábitat; nuestro organismo está diseñado para lidiar con la acción gravitatoria terrestre. Así pues, al no estar preparados para sobrevivir en ambientes de microgravedad, el cuerpo sufre la ausencia de esta fuerza.

En este trabajo se pretende mostrar las consecuencias que acarrean las misiones espaciales en casi todos los sistemas del organismo, y como, en ciertos casos, somos capaces de adaptarnos a estos cambios durante el viaje y tras el regreso a casa; en vista de la nueva carrera espacial que está en ciernes.

MATERIAL Y MÉTODO

Para la realización de esta revisión, se llevo a cabo una búsqueda estructurada, utilizando como fuente principal de información la base de datos PubMed. Para ello se utilizaron los términos MeSH “Hypogravity”, “Weighlessness”, “Extraterrestial environment”, etc., combinados con distintos subheadings para explorar sus consecuencias sobre el cuerpo humano (“adverse effects”) y añadidos a otros términos MeSH que pudieran catalogar mejor la búsqueda como fisiología (“physiology”). Por último, lo que se hizo fue acotar los resultados a los últimos 20 años y seleccionar principalmente artículos que hicieran referencias a metaanálisis, revisiones sistemáticas y ensayos clínicos.

RESULTADOS

A continuación, se exponen las distintas alteraciones fisiológicas que la ausencia de gravedad genera en los diferentes sistemas del organismo.

SISTEMA CARDIOVASCULAR:

Atendiendo al sistema cardiovascular, el problema más importante al que nos enfrentamos en ambientes de microgravedad es la redistribución de líquidos. Nuestro cuerpo está adaptado a deliberar con la gravedad terrestre, pues la acción de esta, empuja a los líquidos corporales, como sangre, linfa e intersticial, hacia abajo, en dirección a los miembros inferiores. Por ello, el organismo cuenta con válvulas en vasos sanguíneos y linfáticos, y se ayuda de los músculos para lograr retornar todos estos fluidos en sentido cefálico y evitar su acumulación.

Sin embargo, en el espacio, con falta de gravedad, los fluidos no son dirigidos caudalmente, y en teoría deberían ser distribuidos equitativamente por todo el cuerpo. No obstante, aquí siguen funcionando los sistemas “antigravedad” ya nombrados, y el poco trabajo que realizan empuja los líquidos hacia el tórax y cabeza, donde se acumulan, en especial durante los primeros días de estancia en el entorno de microgravedad.

El acumulo de líquidos en la cabeza es de relativa importancia ya que el cráneo y el cuello no cuentan con sistemas para facilitar el retorno venoso y linfático, pues en condiciones normales se bastan con la ayuda de la gravedad terrestre. Así pues, se genera un problema edematoso intra y extracraneal. Además, los vasos sanguíneos del cuello sufren el aumento del volumen de sangre en esta región: sucede un incremento de la presión sanguínea en la yugular y la arteria carótida común sufre un aumento del grosor de su túnica media^1–3.

En el caso de las extremidades inferiores, diversas pruebas en astronautas y en microgravedad determinaron que la resistencia en los vasos de las piernas disminuye considerablemente en los primeros días, mientras que la complianza de las venas aumenta. A pesar de esto, hay desacuerdo en las modificaciones que sufre la circulación sanguínea de las piernas en las siguientes semanas, y sería necesario una investigación más exhaustiva.

Si atendemos al corazón, es notable la cantidad de astronautas que han sufrido problemas de arritmia durante sus misiones. Entre estas arritmias encontramos contracciones prematuras de los ventrículos, contracciones prematuras atriales (PVCs y PACs en inglés) y un incremento del intervalo QT. No hay una clara causa para todo esto; en el caso de las PVCs y PACs, muchas han sido causadas por el estrés de la propia misión, en otras por el peso del traje en actividades sobre la superficie lunar; aunque recientemente se ha sugerido que pueden estar inducidos por cambios adaptativos en la estructura del corazón y regulación neurohormonal.

La forma del corazón también sufre cambios, pues mediciones mediante ecocardiografía han señalado que adopta una conformación más esférica; causada por la pérdida de masa en ambos ventrículos y un descenso en el grosor del VI.

La capacidad contráctil del corazón disminuye, al igual que las presiones diastólica y sistólica. La frecuencia cardiaca disminuye en los primeros estadios del viaje aunque conforme este se alarga, la frecuencia tiende a aumentar para compensar la hipovolemia³.

 

SISTEMA ÓSEO:

• PÉRDIDA DE MASA ÓSEA:

El cuerpo humano está habituado a la gravedad terrestre y a soportar su propio peso. Sin embargo, en el espacio, la falta de gravedad hace que nuestros músculos y huesos, ya no tengan que estar haciendo el trabajo constante de mantener una postura erguida. En el caso de los huesos, y en especial, los de las extremidades inferiores (que siempre están trabajando para mantenernos de pie o caminar) son los que más sufren la microgravedad y al cesar las tensiones, se genera una resorción de mineral de calcio de los mismos. Esto deja a los huesos más débiles, con osteoporosis y susceptibles a sufrir una fractura después del regreso a tierra^4,5.

• HIPERCALCEMIA:

 

Otro problema surgido del anterior, es esa resorción de calcio que, al salir de los huesos, provoca un aumento de su concentración en sangre, es decir, una hipercalcemia. El calcio circulante ha de ser retirado y esta labor la lleva a cabo el riñón. Como la cantidad a depurar es anormalmente excesiva, el riñón puede no ser capaz y que el calcio se vaya acumulando hasta formar piedras⁶. Este es un serio apuro, sobre todo en misiones de larga duración, pues en algunos casos se podría necesitar cirugía y hasta el momento practicar una en el espacio es casi improbable.

• AUMENTO DE TALLA:

 

En ausencia de gravedad el peso del cuerpo ya no se transmite hacia el suelo. La falta de compresión permite que los discos intervertebrales se expanden y aumentan su contenido de agua. La primera consecuencia es un crecimiento de talla. En la primera semana es lento (unos 3 mm) pero en las dos siguientes aumenta hasta cuatro o cinco centímetros. También se cuadruplica la posibilidad de desarrollar una hernia discal tras abandonar el entorno de microgravedad⁷.

 

SISTEMA MUSCULAR:

El problema con los músculos es igual que con los huesos, sólo que aquí, es la atrofia por la falta de trabajo (en extremidad inferior especialmente) la mayor preocupación. Para combatir el inconveniente muscular y óseo, los cosmonautas que permanecen en la ISS deben seguir un estricto plan de ejercicio en máquinas (bicicletas y cintas) casi todos los días, pues la carga de trabajo sigue siendo menor en situación de ingravidez. Además, se pueden suministrar ciertos fármacos que ayudan frente a la pérdida osteomuscular⁸.

 

SISTEMA NEUROLÓGICO Y VESTIBULAR (ORIENTACIÓN, SENTIDOS):

• SISTEMA NERVIOSO CENTRAL:

 

La redistribución de líquidos que genera la falta de gravedad tiene repercusiones en el cerebro. Los flujos vasculares están adaptados en la tierra al efecto gravitacional que los empuja hacia abajo. Incluso existen sistemas valvulares venosos para controlar este efecto. Sin gravedad se compromete el retorno de líquidos por vía venosa o linfática. Este acumulo dificulta la reabsorción de líquido cefalorraquídeo cuya presión aumenta. Hay un incremento uniforme de la presión intracraneal que llega a transmitirse a nivel de globo ocular ocasionando un cierto grado de edema de papila

• SISTEMA NEUROVESTIBULAR:

 

La orientación y el equilibrio se ven muy afectados. Los síntomas comienzan desde el primer momento, aumentan sobre el segundo día y van cediendo a partir del cuarto día. Tras la vuelta a la gravedad reaparecen estos síntomas durante dos días.

La cinetosis espacial se caracteriza por la sensación de giro, vómitos, malestar, letargia y cefalea.

La causa de este problema parece residir en el conflicto sensorial que se produce en el cerebro al integrar la información de los otolitos y canales semicirculares del oído interno (la redistribución vascular afectaría también a la presión de la endolinfa), la información visual (que carece de referentes arriba/abajo en un espacio tridimensional), la que proporcionan los presorreceptores de la piel y los propiorreceptores articulares que no están sometidos a la presión que ejerce el peso en gravedad terrestre⁹.

• VISTA:

 

Se producen alteraciones que alteran la capacidad visual tanto próxima como lejana: aplanamiento del globo ocular, edema de disco óptico, aumento de grosor de la capa retiniana por acúmulo de líquido, alteración de la coroides (capa vascular por fuera de la retina) con alteraciones circulatorias¹⁰. El aumento de la presión intracraneal secundaria a la redistribución de fluidos parece ser un factor causal importante.

Las alteraciones son significativas a partir de la 6ª semana de ingravidez. En estancias superiores a 6 meses estos problemas son más frecuentes y con frecuencia no llegan a desaparecer tras su vuelta a la tierra. Afectan con más intensidad a mayores de 40 años.

• OÍDO:

 

La capacidad auditiva no se modifica en ambientes de microgravedad.

• OLFATO:

 

Los estudios realizados presentan resultados dispares. Parece existir una afectación discreta secundaria a la redistribución vascular y a las diferencias en la difusión de las moléculas odoríferas.

• GUSTO:

 

Existen cambios de poca entidad en el umbral de los sabores. La percepción está modificada por problemas de difusión de las partículas alimenticias y por el aumento de líquidos en la cabeza que también afecta a la lengua.

SISTEMA RESPIRATORIO:

En condiciones de gravedad se produce una ventilación irregular, no uniforme, por deformación del tejido pulmonar causado por el efecto Slinky (un sistema elástico tipo resorte cuando está sujeto a los efectos de la gravedad se deforma por su propio peso). El pulmón es un sistema elástico que está sometido a la fuerza de gravedad y, sin contar con otras fuerzas, se contrae de forma irregular, el movimiento de retracción es mucho mayor en las zonas pulmonares superiores y menor en las áreas inferiores más próximas al suelo. La perfusión vascular en gravedad también es asimétrica, mayor en las bases. En resumen, por efecto gravitacional en la tierra, en bipedestación, a nivel de bases pulmonares es mayor la perfusión que la ventilación y en los vértices la relación es inversa.

En ambiente de microgravedad este patrón desaparece y se hace más homogéneo, aunque no supone mejoría en la eficiencia ventilatoria. El resultado es que la función respiratoria se mantiene y no se ve afectada aún en periodos prolongados en baja gravedad^11,12.

SISTEMA DIGESTIVO:

Se produce un enlentecimiento del tránsito intestinal.

También hay cambios en los porcentajes de población bacteriana intestinal. La flora anaeróbica del colon disminuye y en cambio aumenta la flora aeróbica como Pseudomonas y Staphylococcus aureus.

SISTEMA GENITOURINARIO:

Se producen cambios en todos los casos y síntomas significativos en el 10% de las personas sometidas a baja gravedad durante varios días¹³.

A nivel de tracto urinario superior se pueden producir cálculos urinarios. La movilización del calcio óseo debido a la microgravedad obliga al riñón a eliminarlo, aumentando su concentración en orina y por tanto la posibilidad de formación de cálculos. Este riesgo se incrementa cuanto más se prolonga el periodo de sobrecarga urinaria cálcica.

Las infecciones urinarias son más frecuentes. Las causas son muy variadas, algunas relacionadas con la ingravidez como la alteración inmunitaria, otras vinculadas a las limitaciones de higiene y eliminación de orina (el lavado del cuerpo es complicado y la eliminación de orina exige el uso de sistemas mecánicos de aspiración para evitar su dispersión).

La eliminación de orina, en sí, no se ve afectada, pero es imprescindible la ayuda de los sistemas de aspiración referidos. También el uso de medicamentos con efecto anticolinérgico puede favorecer una retención urinaria.

Salud reproductiva. No existen datos acerca de la posible actividad sexual humana en microgravedad. No parece que existan cambios achacables a la falta de gravedad y sí a otros factores como el estrés, la falta de sueño, etc. Se ha observado un discreto incremento de abortos en embarazos posteriores al periodo de estancia en estaciones orbitales. Pero estos efectos sobre la reproducción tampoco parecen relacionados con la ingravidez y sí con la radiación cósmica y el retraso en la edad de concepción de las astronautas.

HEMATOLÓGICO. SISTEMA INMUNOLÓGICO:

Los elementos del sistema hematológico sufren alteraciones en microgravedad. En la tierra los glóbulos rojos tienen una alta tasa de rotación con una vida media corta y deben ser repuestos con rapidez. En este ambiente las células sanguíneas inmaduras se hemolizan con facilidad (neocitolisis) debido a una reducción de los niveles de eritropoyetina. La maduración de las células supervivientes es mucho más lenta. Todos estos factores conducen a la aparición de una anemia significativa. Se pierde alrededor de un 15% de la masa total de glóbulos rojos¹⁴.

El sistema inmune sufre también afecciones. La capacidad fagocítica se ve reducida (especialmente en leucocitos polimorfonucleares y monocitos). El número de linfocitos T y B circulantes disminuye, así como su capacidad de activación y su actividad.

En estas condiciones es más fácil la reactivación de infecciones latentes (herpes) y se reduce la capacidad de defensa frente a nuevos agentes patógenos. Por otra parte, podría incrementarse el riesgo de tumores ya que disminuye

También se producen alteraciones (tanto incremento como disminución) en el desarrollo y virulencia de bacterias y virus presentes en los humanos. La flora anaeróbica del colon disminuye y en cambio aumenta la flora aeróbica como Pseudomonas y Staphylococcus aureus. En la piel y vía aérea superior hay mayor presencia de enterobacterias y de Staphylococcus aureus. Las bacterias tienen más capacidad de multiplicación, mejora la transmisión de factores de virulencia, aumenta el grosor de su pared celular (lo cual aumenta la resistencia a antibióticos)¹⁵.

Los agentes patógenos tienen más posibilidad de transmisión gracias a la flotabilidad de partículas ambientales y restos biológicos procedentes del aire expirado o de la tos de las personas. En condiciones de gravedad estos materiales y aerosoles terminan por caer al suelo. En cambio, si falta gravedad permanecen flotando hasta que son aspirados por una persona o contactan con una superficie que pueda fijarlos.

 

CONCLUSIONES

• Al no haber tantos sujetos de prueba como se dispondrán en un experimento normal, existen numerosas discordancias entre autores y serán necesarios más años de investigación si queremos seguir avanzando en esta materia.
• Casi todos los sistemas de nuestro organismo se ven afectados por la falta de gravedad, y sin embargo, son capaces de adaptarse en cierta medida.
• Se evidencia la necesidad de un control sanitario exhaustivo del astronauta antes, durante y tras la misión. Es imprescindible elegir como tripulantes a personas sanas, de edad no muy avanzada; instruirlos bien para el vuelo y realizar un seguimiento de su salud a su regreso.
• Por otro lado, se denota la imperiosidad de la fugacidad de la misión. A pesar de las adaptaciones, a estancias más largas, mayores son los efectos nocivos sobre la salud. Esto adquiere relevancia teniendo en cuenta el deseo actual de las agencias espaciales de realizar estancias prolongadas en el espacio y de misiones a Marte, las cuales excederían el máximo recomendado de 6 meses.

 

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