Ni siquiera la actividad física intensa de los astronautas puede compensar la atrofia muscular causada por la microgravedad. Esta atrofia se debe, en parte, al mecanismo que regula la absorción de calcio. Estudios recientes han demostrado que los vuelos espaciales altera la absorción de calcio por los músculos. Sin embargo, los mecanismos moleculares que subyacen a estos cambios son poco conocidos.
Investigadores del Centro de Investigación Ames investigaron estos mecanismos mediante aprendizaje automático (AA) para identificar patrones en conjuntos de datos obtenidos de ratones expuestos a microgravedad. Los métodos de AA son particularmente eficaces para identificar patrones en datos biológicos complejos y son adecuados para la investigación en biología espacial, donde se suelen combinar conjuntos de datos pequeños para aumentar la potencia estadística. Esto se informó en el estudio «El aprendizaje automático explicable revela firmas multiómicas de la respuesta muscular al vuelo espacial en ratones», Microgravity, diciembre de 2023.
ISS032-E-011701 (4 de agosto de 2012) – La astronauta de la NASA Sunita Williams, ingeniera de vuelo de la Expedición 32, equipada con un arnés elástico, realiza ejercicios en la cinta de correr de resistencia externa con carga de trabajo combinada (COLBERT) en el Nodo de Tranquilidad de la Estación Espacial Internacional. NASA
Esta imagen muestra a la astronauta de la NASA Sunita Williams, ingeniera de vuelo de la Expedición 32, ejercitándose en una cinta de correr con carga en la Estación Espacial Internacional (ISS). El entrenamiento de fuerza puede contrarrestar los efectos negativos de la microgravedad en la atrofia muscular, pero un nuevo estudio del Centro de Investigación Ames de la NASA busca comprender los mecanismos fisiológicos involucrados en este proceso e identificar biomarcadores que podrían sentar las bases para contramedidas innovadoras. El estudio fue un proyecto del Programa de Entrenamiento en Ciencias de la Vida Espacial de la NASA en el Centro de Investigación Ames, que proporcionó la financiación.
El análisis de aprendizaje automático identifica los factores moleculares que impulsan los cambios fisiológicos en la bomba de canales de calcio del retículo sarcoplásmico/endoplásmico (SERCA), los cuales provocan cambios y pérdida de masa muscular en roedores durante vuelos espaciales. Se crearon modelos de aprendizaje automático para identificar proteínas capaces de predecir la tolerancia a la microgravedad en términos de la captación muscular de calcio. Se descubrió que las proteínas Acyp1 y Rps7 eran los biomarcadores más predictivos asociados con el aumento de la captación de calcio en los músculos de contracción rápida.
Este estudio presentó la primera investigación sobre los efectos del aprendizaje automático (ML) en la captación de calcio muscular en microgravedad. Demostró el papel de la iniciativa de Ciencia Abierta de la NASA en la aceleración del desarrollo de la biología espacial mediante su uso en el Repositorio de Datos de Ciencia Abierta (OSDR) y los Grupos de Trabajo de Análisis ARC, así como mediante la participación de un equipo internacional de investigación de Estados Unidos, Canadá, Dinamarca y Australia. Cabe destacar que el primer autor del artículo fue un estudiante de la Universidad de California en Berkeley, lo que demuestra el potencial ilimitado de la colaboración entre la NASA y Berkeley en la investigación en ciencias de la vida, en particular en el futuro Centro Espacial Berkeley del Parque de Investigación de la NASA.
Los científicos han descubierto que las células cardíacas no se desarrollan bien en el espacio. Científicos de la Universidad Johns Hopkins enviaron 48 muestras de tejido cardíaco bioingenierizado a la Estación Espacial Internacional, donde fueron monitoreadas durante 30 días y comparadas con muestras idénticas en la Tierra.
Un equipo de científicos estudió cómo la baja gravedad afecta medidas como la fuerza de contracción celular, conocida como fuerza contráctil, y cualquier patrón de latido irregular.
Los resultados fueron alarmantes: los científicos descubrieron que las células del corazón «realmente funcionaron mal en el espacio», contrayéndose con aproximadamente la mitad de la fuerza de las muestras de control en la Tierra, pero eso no fue inesperado.
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Estudios previos han demostrado que, tras regresar a la Tierra, los astronautas experimentan una disminución de la función del músculo cardíaco y ritmos cardíacos irregulares, conocidos como arritmias. Si bien algunos de estos efectos de los viajes espaciales desaparecen con el tiempo, no todos lo hacen, lo que tendrá graves consecuencias para las misiones espaciales a largo plazo.
Kim Duk-Ho, profesor de ingeniería biomédica y medicina en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, dirigió el proyecto para enviar tejido cardíaco a la estación espacial. Él y su estudiante de posgrado, Jonathan Tsui, crearon tejido cardíaco bioingenierizado a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) humanas.
Las células se cultivaron en dispositivos de «órgano en un chip»: modelos en miniatura de diversos órganos en los que se cultivan tejidos y células artificiales o naturales dentro de chips microfluídicos. En este caso, el chip 3D se diseñó para imitar un corazón humano adulto en una cámara de la mitad del tamaño de un teléfono móvil estándar.
«Se ha utilizado una increíble cantidad de tecnología avanzada en ingeniería de células madre y tejidos, biosensores y bioelectrónica y microfabricación para garantizar la viabilidad de estos tejidos en el espacio», dijo Kim en un comunicado.
Los científicos descubrieron que el tejido confinado presentaba mayores niveles de inflamación y daño oxidativo; las proteínas llamadas sarcómeros, que ayudan a las células cardíacas a contraerse, también se acortaron y se volvieron más desordenadas. Estos cambios son comparables a los observados en personas con enfermedades cardiovasculares.
Además, las mitocondrias de las células, sus centrales energéticas, se agrandaron, se redondearon y perdieron su forma característica. Esto sugiere que las células cardíacas experimentaron un estrés o disfunción significativos en el espacio, lo que probablemente provocó una interrupción en la producción de energía. Esto podría haber contribuido al debilitamiento de las contracciones de las células cardíacas y al deterioro general de las células observado durante el experimento. Dicho daño también podría haber afectado la capacidad general de las células para funcionar con normalidad.
«Muchos de estos marcadores de daño oxidativo e inflamación se detectan rutinariamente en los exámenes posteriores al vuelo de los astronautas», dijo Mayr Eun Hyun Ahn, profesora asociada del Departamento de Ingeniería Biomédica, en un comunicado.
Los investigadores pretenden seguir perfeccionando su «corazón en un chip» para recopilar más datos que les permitan determinar exactamente cómo se produce este daño a nivel molecular y así encontrar formas de mantener a los astronautas seguros durante los vuelos espaciales de larga duración que pronto podrían convertirse en realidad.
Evaluación del FOP en relación con la enfermedad descompresiva (EDC) en condiciones de vuelo espacial y durante pruebas en tierra. La enfermedad descompresiva (EDC) es una afección causada por la formación de burbujas de gases disueltos (principalmente nitrógeno) en el torrente sanguíneo y los tejidos.
Suele ocurrir cuando hay una caída rápida de la presión ambiental, como en el buceo, la aviación a gran altitud u otras condiciones de alta presión. Las burbujas de gas liberadas tienen diversos efectos fisiológicos y pueden obstruir los vasos sanguíneos, causar inflamación y dañar los tejidos, lo que provoca los síntomas de la EDC.
La NASA clasifica actualmente la DCS en dos categorías: la DCS tipo I, menos grave, suele provocar síntomas musculoesqueléticos, como dolor articular o muscular y erupciones cutáneas. La DCS tipo II es más grave y suele causar síntomas neurológicos, del oído interno y cardiopulmonares. El riesgo de DCS en vuelos espaciales surge durante la actividad extravehicular (EVA), cuando los astronautas realizan tareas de misión fuera de la nave espacial con un traje espacial presurizado a una presión inferior a la de la cabina.
Los protocolos de mitigación de la DCS, basados en estrategias para reducir la carga sistémica de nitrógeno, se implementan mediante una combinación de parámetros ambientales, presión del traje y procedimientos de preparación de gases respirables (protocolos de preacondicionamiento) para garantizar operaciones seguras y eficaces. La fisiopatología de la DCS aún no se comprende bien, ya que se observan casos a pesar de la ausencia de burbujas de gas detectables. Sin embargo, implica una derivación de la embolia gaseosa venosa (EGV) de derecha a izquierda a través de varios mecanismos potenciales, uno de los cuales es el foramen oval permeable (FOP).
Se sabe que el foramen oval permeable (FOP), la abertura entre las aurículas izquierda y derecha del corazón, es una causa de accidente cerebrovascular en jóvenes. S. Mazzucco, L. Lee, L. Binnie, P. M. Rothwell. Departamento de Neurociencias Clínicas de Nuffield.
Un foramen oval permeable (FOP) es una derivación entre las aurículas derecha e izquierda del corazón, un remanente de la conexión fisiológica que existía en el corazón fetal. El aumento de la presión auricular izquierda durante el período posnatal suele comprimir la válvula interseptal contra el septum secundum, y durante los dos primeros años de vida, los tabiques finalmente se fusionan debido al desarrollo de adherencias fibrosas. Por lo tanto, todas las personas nacen con un FOP, y en aproximadamente el 75% de los casos, se fusionan después del nacimiento. Del 25% de las personas en quienes el FOP no se fusiona, aproximadamente el 6% tiene lo que algunos consideran un FOP grande (>2 mm). El diámetro del FOP puede aumentar con la edad.
El problema del foramen oval permeable (FOP) radica en que, cuando se produce un cortocircuito auricular derecho-izquierdo, el gas embólico venoso puede fluir de la aurícula derecha (venosa) a la aurícula izquierda (arterial) (el «cortocircuito»), evadiendo la filtración pulmonar normal de los émbolos venosos, lo que impide su entrada al sistema arterial. Sin filtración, las burbujas en el sistema arterial pueden provocar un evento neurológico como un ictus. Cualquier actividad que aumente la presión auricular/venosa derecha en relación con la presión auricular/arterial izquierda (p. ej., maniobra de Valsalva, compresión abdominal) puede facilitar aún más el paso de sangre o émbolos a través del FOP/cortocircuito.
El objetivo del grupo de trabajo fue revisar y analizar el estado y el progreso de la investigación y las intervenciones clínicas para reducir el riesgo de FOP y DCS durante los vuelos espaciales. Los casos de DCS identificados durante las pruebas atmosféricas terrestres de la NASA en cámaras presurizadas dieron lugar a la priorización de este tema para su revisión externa.
El grupo de trabajo se reunió durante dos días en el Centro Espacial Johnson de la NASA e incluyó a expertos y partes interesadas de la NASA, así como a revisores externos invitados de campos como cardiología, medicina hipobárica, medicina espacial y salud militar. Durante el grupo de trabajo, se solicitó a los participantes que revisaran informes y evidencias previas sobre el riesgo de FOP y DCS, materiales e información relacionados con la experiencia y las prácticas actuales de la NASA, así como estudios de caso y los procesos de toma de decisiones posteriores. El grupo de trabajo concluyó sus deliberaciones en un foro abierto, donde se formularon recomendaciones para las prácticas actuales y futuras, que posteriormente se resumieron en un informe resumido final disponible en el sitio web público del grupo de estándares OCHMO de la NASA.
Enfermedad por descompresión (ED): Se forman burbujas en la sangre y los tejidos, causando daño localizado. La embolia gaseosa arterial (EGA) ocurre cuando las burbujas entran en el torrente sanguíneo y obstruyen el flujo sanguíneo, lo que puede causar daño tisular. Dr. Peter N. Shochet y Dr. Hau S. Lee, neumólogos pediátricos.
En entornos de riesgo extremo/alto, excluir a las personas con foramen oval permeable (FOP) y tratarlo no necesariamente reduce el riesgo de desarrollar EDC ni crea un entorno seguro. Puede generar diferencias adicionales y reducir ligeramente el riesgo general, pero no lo elimina. Otros factores fisiológicos también contribuyen al riesgo de desarrollar EDC y pueden tener un impacto más significativo.
Según los datos actuales y el riesgo de exposición continua a la descompresión (según los protocolos actuales de la NASA y los requisitos de la norma NASA-STD-3001 para mitigar el riesgo de DCS), no se recomienda la detección de defectos del foramen oval en participantes de vuelos espaciales o pruebas terrestres. La mejor estrategia para mitigar el riesgo de DCS es crear el entorno más seguro posible en cualquier situación, incluyendo protocolos efectivos previos a la descompresión, garantizar la seguridad y asegurar el tratamiento inmediato de la DCS en caso de que se presenten síntomas.
Los expertos creen que actualmente no se necesitan estudios específicos para caracterizar mejor el FOP con DCS y exposición a la altitud debido al bajo riesgo y la preferencia por implementar protocolos de seguridad adecuados y garantizar la disponibilidad del tratamiento tanto en la Tierra como en los vuelos espaciales.
Al implementar protocolos de ingeniería sobre el terreno, es necesario garantizar el mismo nivel de capacidad de tratamiento (una cámara de tratamiento cerca del sitio de prueba) que durante los protocolos de investigación. La capacidad de tratar de inmediato a pacientes con DCS es fundamental para garantizar la seguridad de los sujetos de prueba.
Riesgo de tromboembolia venosa durante vuelos espaciales. En octubre de 2024, la Oficina del Director Médico de la NASA (OCHMO) creó un grupo de trabajo para revisar el estado y el progreso de la investigación y las intervenciones clínicas destinadas a reducir el riesgo de tromboembolia venosa (TEV) durante los vuelos espaciales. El grupo de trabajo se reunió durante dos días en el Centro Espacial Johnson de la NASA; una segunda reunión sobre este tema se celebró en diciembre de 2024 en la sede de la Agencia Espacial Europea (ESA) en Colonia, Alemania.
El grupo de trabajo estuvo formado por expertos internos de la NASA en la materia (SMEs), el grupo de normas OCHMO de la NASA, partes interesadas de la NASA y la ESA, y SMEs externos, incluidos médicos y profesionales médicos de importantes universidades y centros médicos de Estados Unidos y Canadá.
La trombosis venosa asociada a vuelos espaciales (TSV) es un fenómeno que se produce durante los vuelos espaciales y en el que se forma un trombo (coágulo sanguíneo) en la vena yugular interna (o en el sistema vascular asociado). El trombo puede ser sintomático (acompañado, entre otras cosas, de inflamación visible de la vena yugular interna, inflamación facial que supera el grado de adaptación al vuelo espacial, edema palpebral o cefalea) o asintomático. Se han detectado trombos obstructivos en un número muy reducido de tripulantes.
Este dibujo es solo para fines ilustrativos; las ubicaciones son aproximadas y las dimensiones no están a escala. Ubicación aproximada de los coágulos sanguíneos identificados en los miembros de la tripulación. Adaptado de «Trombosis venosa sinusal cerebral» – Universidad de Colorado en Denver.
Gracias al tratamiento, los tripulantes pudieron completar su misión, y se suspendieron los anticoagulantes varios días antes del aterrizaje para minimizar el riesgo de hemorragia en caso de lesión. Algunas trombosis se resolvieron por completo tras el aterrizaje, mientras que otras requirieron tratamiento adicional.
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La patogenia propuesta de la TEV se denomina tríada de Virchow y sugiere que la TEV es resultado de:
– Alteraciones en el flujo sanguíneo (es decir, congestión),
– Daños/cambios en el endotelio vascular y/o
– Cambios en la composición de la sangre que conducen a hipercoagulabilidad (es decir, predisposición hereditaria o hipercoagulabilidad adquirida).
Tríada de Virchow de factores de riesgo para la trombosis venosa. Bushnitsa, 2017
La estasis venosa, o congestión venosa, es una afección en la que el flujo sanguíneo en las venas disminuye, lo que provoca estancamiento. Este flujo sanguíneo lento puede deberse a válvulas venosas dañadas o debilitadas, inmovilidad o falta de contracción muscular. Los síntomas asociados incluyen hinchazón, cambios en la piel, venas varicosas y úlceras de cicatrización lenta. En medicina terrestre, la trombosis venosa suele deberse a válvulas venosas dañadas o debilitadas, lo cual puede deberse a diversos factores, como el envejecimiento, los coágulos sanguíneos, las venas varicosas, la obesidad, el embarazo, el sedentarismo, el uso de estrógenos y los antecedentes familiares.
Además de los factores de riesgo terrestres para la tromboembolia venosa, existen cambios fisiológicos asociados con los vuelos espaciales que se cree que podrían influir en el desarrollo de la tromboembolia venosa en microgravedad. En concreto, los investigadores han estudiado los efectos de las condiciones de microgravedad y el consiguiente cambio observado en el líquido circulante cerebral, así como su posible impacto en el flujo sanguíneo. Los miembros de la tripulación a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI) experimentan ingravidez debido a la microgravedad, lo que provoca una redistribución prolongada del líquido circulante de las piernas a la cabeza. Este cambio prolongado en el líquido circulante cerebral durante la microgravedad provoca hinchazón facial, disminución del volumen de las piernas, aumento del volumen sistólico cardíaco y disminución del volumen plasmático.
Los miembros de la tripulación también experimentaron cambios en el flujo sanguíneo durante el vuelo espacial, incluyendo flujo venoso retrógrado (FVR) (flujo inverso de sangre venosa hacia el cerebro) y estasis (detención o ralentización del flujo sanguíneo). Si bien las causas de la estasis y el flujo sanguíneo retrógrado observados en los participantes del vuelo espacial son poco conocidas, la posible relevancia clínica de este papel en el desarrollo de la trombosis requiere más estudios.
También se están estudiando otros problemas fisiológicos asociados con los cambios de líquidos para determinar si existe alguna asociación con la tromboembolia venosa (TEV).
Estudio Doppler del flujo sanguíneo retrógrado en la vena yugular interna izquierda. Yang y Seow, 2009
La ingravidez crónica puede provocar que fluidos corporales, como la sangre y el líquido cefalorraquídeo, se desplacen hacia la cabeza, lo que puede provocar inflamación del nervio óptico, pliegues retinianos, aplanamiento de la parte posterior del ojo y edema cerebral. Este conjunto de cambios oculares y cerebrales se denomina síndrome neuroocular asociado a los vuelos espaciales (SNAS). Algunos astronautas experimentan solo cambios menores en el espacio, mientras que otros presentan efectos clínicamente significativos. Se desconocen los efectos a largo plazo de estos cambios en la salud, pero se están estudiando activamente. El riesgo de desarrollar SNAS es mayor durante misiones de larga duración.
Con base en la opinión de expertos y una evaluación de los factores de riesgo de trombosis, se desarrolló un algoritmo para facilitar el diagnóstico y el tratamiento de eventos trombóticos en condiciones de gravedad cero durante el vuelo. El algoritmo se basa en imágenes ecográficas tempranas durante el vuelo para determinar las características del flujo sanguíneo en la vena yugular interna izquierda y los vasos adyacentes.
Cinco años después de un viaje espacial, los astronautas gozan de buena salud cardiovascular. Vivir en microgravedad altera el cuerpo humano, generalmente para peor. La densidad ósea disminuye, los músculos se atrofian y los ojos se hinchan: estos son solo algunos de los efectos secundarios físicos de los vuelos espaciales prolongados. Sin embargo, según un nuevo estudio, hay buenas noticias para los astronautas: las estancias prolongadas en la Estación Espacial Internacional (EEI) no suponen ningún riesgo para sus arterias.
Ilustración de la plataforma del proyecto PULSE, que utiliza levitación magnética y acústica para imprimir biológicamente un modelo del corazón humano.
Los investigadores estudiaron a 13 astronautas voluntarios de la NASA, de entre 30 y 50 años, que pasaron entre cuatro meses y un año en la Estación Espacial Internacional (ISS). Realizaron ecografías de las arterias carótida y braquial de los participantes antes, durante e inmediatamente después del vuelo espacial, así como uno, tres y cinco años después. Sorprendentemente, las arterias de todos se veían sanas. El 10 de junio de 2025 se publicó un artículo sobre el estudio en la revista Journal of Applied Physiology.
«Los vuelos espaciales de larga duración en la EEI no provocaron engrosamiento de la pared de la arteria carótida, aumento de la rigidez de la arteria común, disfunción endotelial ni la aparición de nuevos síntomas o signos de enfermedad cardiovascular durante los primeros cinco años posteriores al vuelo espacial de larga duración», escribieron los investigadores en su estudio. También señalaron que cualquier riesgo de enfermedad cardiovascular probablemente se debiera al envejecimiento natural, no a los vuelos espaciales.
Partículas levitantes, controladas por campos magnéticos y acústicos, se unen para formar un modelo del corazón humano. EN Sociedad
Sin embargo, el estudio detectó estrés oxidativo e inflamación en las muestras de sangre y orina de los astronautas, indicios de problemas cardiovasculares. Estos síntomas desaparecieron una semana después de regresar a la Tierra. En definitiva, el sistema cardiovascular parece ser bastante resistente a los efectos de la microgravedad.
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