A principios de marzo de 2016 el astronauta Scott Kelly regresó a la Tierra tras batir el récord estadounidense de permanencia continuada en el espacio: 340 días. El objetivo de su misión en la Estación Espacial Internacional era comprender mejor cómo reacciona y se adapta el cuerpo humano al duro entorno espacial. El estudio espera reducir esos riesgos para preparar misiones de investigación tripuladas a la Luna, posiblemente a asteroides y, eventualmente, misiones a Marte. Aquí se analiza cómo responde el cuerpo al entorno espacial, qué problemas surgen en él y cómo podemos afrontarlos.
Las implicaciones para la salud de los viajes espaciales
El cantante David Bowie escribió «Space Oddity» describiendo las experiencias del astronauta Major Tom: «Estoy flotando de una manera muy peculiar». En efecto, la principal diferencia entre el espacio y la Tierra es que en el espacio casi no hay gravedad, lo que provoca una sensación de ingravidez, que hace que la nave o estación espacial en la que se encuentra el astronauta esté en caída libre hacia el centro de la Tierra. La caída libre es el movimiento de un cuerpo en el que la gravedad es la única fuerza que actúa sobre él. Como el transbordador o la estación espacial se mueven alrededor de la Tierra con la única fuerza gravitatoria que se ejerce sobre ellos (no hay resistencia del aire en el espacio), se puede decir que están en estado de caída libre. La razón por la que no «caen» realmente, sino que se mueven en una trayectoria circular, es porque la fuerza de gravedad es vertical a la dirección de su velocidad inicial, de modo que sólo afecta a la dirección de la velocidad, pero no a su tamaño.
Los astronautas se entrenan para las condiciones practicando en un avión de gravedad reducida que vuela en una ruta parabólica especial. El entrenamiento les ayuda a funcionar en el espacio, pero no evita los efectos nocivos de la gravedad cero en la salud. Los estudios sobre personas que estuvieron en estaciones espaciales durante largos periodos han demostrado que algunos de los efectos son temporales mientras que otros son más a largo plazo.
La breve exposición a la ingravidez provoca el síndrome de adaptación al espacio (SAS) o «enfermedad espacial», que es el problema más común en los viajes espaciales. La ingravidez afecta a nuestra orientación en el espacio y requiere que adaptemos muchos de nuestros procesos fisiológicos a las nuevas condiciones, principalmente procesos relacionados con nuestro sistema de equilibrio. Cuando la adaptación no es completa, se producen náuseas, mareos, vómitos, dolores de cabeza, fatiga, malestar general, alucinaciones visuales y desorientación en el espacio.
El primer informe de estos síntomas fue el del cosmonauta soviético Gherman Titov, que completó su vuelo a finales de 1961 como la cuarta persona de la historia en el espacio y la segunda, después de Yuri Gagarin, en completar una rotación completa de la Tierra. Los datos recogidos hasta ahora han demostrado que alrededor del 45% de los viajeros espaciales sufren malestar espacial. Pero rara vez dura más de tres días, cuando el cuerpo se adapta al nuevo entorno.
La exposición prolongada a la gravedad cero provoca múltiples problemas de salud, como la redistribución de fluidos y la pérdida de masa ósea y muscular. Con el tiempo, estos efectos pueden comprometer el rendimiento de los astronautas, lo que puede aumentar el riesgo de que sufran daños, así como reducir su capacidad de absorción de oxígeno, lo que ralentiza su actividad cardiovascular.
Redistribución de líquidos
Los líquidos, que constituyen alrededor del 60 por ciento del peso del cuerpo humano, tienden a acumularse en la parte inferior del cuerpo cuando estamos bajo la influencia de la gravedad, y a lo largo de la evolución hemos desarrollado sistemas que equilibran el flujo sanguíneo hacia el corazón y el cerebro mientras estamos de pie. Estos sistemas siguen funcionando incluso en ausencia de gravedad, por lo que hacen que el líquido se acumule en la parte superior del cuerpo. Por eso los astronautas tienen la cara hinchada. La acumulación de líquido en el ojo también empaña su visión durante unos días hasta que el cerebro aprende a compensar y corregir la imagen.
El cambio en la distribución del líquido también se refleja en problemas de equilibrio, así como en la pérdida del sentido del gusto y del olfato. Y lo que es más importante, impulsa una serie de efectos sistémicos destinados a adaptar el cuerpo al nuevo entorno, pero que tienen consecuencias peligrosas al volver a la Tierra. Uno de ellos es la «intolerancia ortostática», que consiste en la incapacidad de permanecer de pie sin ayuda durante más de diez minutos seguidos sin desmayarse.
El fenómeno se deriva en parte de los cambios en la regulación de la presión sanguínea por parte del sistema nervioso autónomo y de la pérdida de alrededor de un 20 por ciento del volumen de fluido sanguíneo, ya que en condiciones de microgravedad no es necesario que los sistemas mantengan la presión sanguínea, ya que el fluido corporal se distribuye más uniformemente por todo el cuerpo. Este efecto se amplifica cuanto más tiempo se está en el espacio, pero se normaliza de nuevo a las pocas semanas de volver a la Tierra.
El corazón también se degenera gradualmente al tener que bombear menos sangre. Un músculo cardíaco más débil provoca una disminución de la presión arterial y puede dificultar el flujo de oxígeno al cerebro.
El entrenamiento regular de resistencia es esencial para mantener la masa ósea y muscular en gravedad cero | Fotografía: NASA
Atrofia muscular y osteoporosis
Uno de los principales efectos de la ingravidez más a largo plazo es la pérdida de masa muscular y ósea. En ausencia de gravedad no hay carga de peso en los músculos de la espalda y las piernas, por lo que comienzan a debilitarse y encogerse. En algunos músculos la degeneración es rápida, y sin ejercicio regular los astronautas pueden perder hasta el 20 por ciento de su masa muscular en un plazo de 5 a 11 días.
Debido a la falta de presión mecánica sobre el hueso, la masa ósea se pierde a un ritmo del uno y medio por ciento en tan sólo un mes en un entorno de gravedad cero, en comparación con alrededor del tres por ciento por década en una persona sana en un entorno normal. La pérdida de masa afecta principalmente a las vértebras inferiores de la columna vertebral, la articulación de la cadera y el fémur. Debido al rápido cambio de densidad, los huesos pueden volverse frágiles y presentar síntomas similares a los de la osteoporosis.
Incluso los procesos de destrucción y construcción de los huesos cambian cuando se está en el espacio. En la Tierra, los huesos se destruyen y se renuevan regularmente mediante un sistema bien equilibrado de células destructoras de huesos y células constructoras de huesos. Cada vez que se destruye algún tejido óseo, nuevas capas ocupan su lugar; estos dos procesos están acoplados entre sí. En el espacio, sin embargo, se observa un aumento de la actividad de las células destructoras de hueso, debido a la falta de gravedad, y los huesos se descomponen en minerales que son absorbidos por el cuerpo.
Estudios realizados en ratones han demostrado que después de 16 días en gravedad cero se produce un aumento del número de células destructoras de hueso y una disminución del número de células constructoras de hueso, así como una disminución de la concentración de factores de crecimiento conocidos por su capacidad para ayudar a crear hueso nuevo. El aumento de los niveles de calcio en la sangre debido a la desintegración del hueso provoca una peligrosa calcificación de los tejidos blandos y aumenta el potencial de formación de cálculos renales.
Los astronautas muestran un aumento de la actividad de las células destructoras de hueso, especialmente en la zona pélvica, que suele soportar la mayor parte de la carga en condiciones normales de gravedad. Sin embargo, a diferencia de los pacientes con osteoporosis, los astronautas que permanecieron en el espacio de tres a cuatro meses, recuperan su densidad ósea normal tras un periodo de dos a tres años de regreso a la Tierra.
Cómo hacer frente a los efectos de la gravedad cero
La mejor manera de evitar los efectos de la gravedad cero es crear gravedad artificial. Hasta la fecha, los científicos han conseguido crear gravedad sólo en condiciones de laboratorio, utilizando fuertes campos magnéticos por encima de los niveles de seguridad permitidos, lo que, por supuesto, no es práctico en los viajes espaciales. Sin embargo, la ciencia ficción utiliza a menudo la gravedad artificial. Por ejemplo, en la película «The Martian», la nave espacial que viaja a Marte tiene una estructura circular giratoria que tiene una gravedad en su perímetro igual al 40 por ciento de la que habría en la faz de la Tierra, lo que es similar a la gravedad en el Planeta Rojo.
Los medicamentos utilizados para tratar el mareo, que también es resultado de patrones de movimiento a los que el cuerpo no está acostumbrado, también pueden ayudar a tratar el mareo espacial, pero rara vez se utilizan porque se prefiere el curso de adaptación natural durante los dos primeros días del viaje espacial a la somnolencia y otros efectos secundarios causados por los fármacos.
Sin embargo, cuando los astronautas llevan un traje espacial llevan parches contra las náuseas porque vomitar en el traje puede ser fatal. Los trajes espaciales se usan sobre todo durante el lanzamiento y el aterrizaje, y por supuesto en cualquier actividad fuera de la nave espacial (paseos espaciales). Para que el equipo se adapte a las condiciones del espacio, las actividades fuera de la nave o de la estación espacial no suelen estar previstas en los primeros días de la misión. Así se evita el peligro de vómitos en el traje y los parches suelen ser sólo de refuerzo.
Para reducir y evitar algunos de los efectos negativos de la falta de gravedad en los músculos, especialmente en el músculo cardíaco, la Estación Espacial Internacional está equipada con aparatos deportivos utilizados para el entrenamiento de resistencia. Todos los astronautas están obligados a realizar al menos dos horas de actividad física al día, lo que incluye trotar en una cinta de correr (se sujetan a ella con bandas elásticas para no salir flotando), montar en una bicicleta estática y levantar pesas, contra resortes, por supuesto. Los astronautas en misiones especialmente largas llevan pantalones que ejercen presión sobre los huesos de las piernas para reducir la pérdida de densidad ósea.
La NASA utiliza herramientas computacionales avanzadas para entender cuál es la mejor manera de detener la degeneración de los músculos y los huesos de los astronautas que permanecen en el espacio en gravedad cero. Las simulaciones computacionales se utilizan principalmente para evaluar los efectos del ejercicio en la torsión (pares) de las articulaciones óseas, con el fin de recomendar los regímenes de ejercicio óptimos para los astronautas.
Es de esperar que la información recopilada por Scott Kelly durante su larga estancia en el espacio arroje más luz sobre los efectos de la gravedad cero en la salud humana, y pueda ayudar a prevenir muchos de los problemas que los astronautas encuentran a su regreso a la Tierra. Su misión fue única por su duración, lo que permite investigar los efectos de los viajes espaciales a más largo plazo de lo que se había probado anteriormente.
Un recuerdo agradable: David Bowie, Space Oddity