Efectos fisiológicos en el espacio
Incluso antes del comienzo de la exploración espacial humana , se expresaron preocupaciones serias y razonables sobre la exposición de los humanos a la microgravedad del espacio debido a los posibles efectos sistémicos en las formas de vida evolucionadas terrestres adaptadas a la gravedad de la Tierra . La descarga del músculo esquelético, tanto en la Tierra a través de experimentos de reposo en cama como durante los vuelos espaciales, da como resultado la remodelación del músculo (respuesta atrófica). Como resultado, se producen disminuciones en la fuerza del músculo esquelético, la resistencia a la fatiga, el rendimiento motor y la integridad del tejido conjuntivo. Además, hay cambios cardiopulmonares y vasculares , incluida una disminución significativa de glóbulos rojos .masa, que afectan la función del músculo esquelético. Esta respuesta adaptativa normal al entorno de microgravedad puede convertirse en una responsabilidad que resulte en un mayor riesgo de incapacidad o disminución de la eficiencia en el desempeño de tareas físicamente exigentes por parte de los miembros de la tripulación durante la actividad extravehicular (EVA) o al regresar a la Tierra.
En el programa espacial humano de EE . UU ., la única contramedida en vuelo para los déficits funcionales del músculo esquelético que se ha utilizado hasta ahora es el ejercicio físico. El hardware y los protocolos de los ejercicios en vuelo han variado de una misión a otra, dependiendo en cierta medida de la duración de la misión y del volumen de la nave espacial disponible. El conocimiento colectivo obtenido de esta misión ha ayudado en la evolución de hardware y protocolos de ejercicio diseñados para minimizar la atrofia muscular y los déficits concomitantes en la función del músculo esquelético. Los científicos rusos han utilizado una variedad de hardware de ejercicio y protocolos de ejercicio en vuelo durante vuelos espaciales de larga duración (hasta un año y más) a bordo de la estación espacial Mir. Sobre elEstación Espacial Internacional (ISS), se ha utilizado una combinación de ejercicios aeróbicos y de resistencia. Los resultados han sido aceptables de acuerdo con las expectativas actuales para el desempeño de los miembros de la tripulación al regresar a la Tierra. Sin embargo, para las misiones a la Luna, el establecimiento de una base lunar y los viajes interplanetarios a Marte, los requisitos funcionales para el desempeño humano durante cada fase específica de estas misiones no se han definido lo suficiente como para determinar si las contramedidas desarrolladas actualmente son adecuadas para cumplir con el desempeño físico. requisitos
El acceso a la investigación de los tripulantes humanos durante los vuelos espaciales es limitado. Se han desarrollado modelos fisiológicos ligados a la Tierra y se han revisado los hallazgos. [1] Los modelos incluyen reposo en cama horizontal o con la cabeza hacia abajo , reposo en cama de inmersión en seco , inmovilización de las extremidades y suspensión unilateral de las extremidades inferiores. Si bien ninguno de estos análogos terrestres proporciona una simulación perfecta de la exposición a la microgravedad humana durante los vuelos espaciales , cada uno es útil para el estudio de aspectos particulares de la descarga muscular, así como para la investigación de alteraciones sensoriomotoras.
El desarrollo, la evaluación y la validación de nuevas contramedidas a los efectos de la descarga del músculo esquelético probablemente emplearán variaciones de estos mismos modelos básicos basados en tierra. Las posibles contramedidas pueden incluir intervenciones farmacológicas y/o dietéticas, hardware de ejercicio innovador que proporciona modalidades de carga mejoradas, dispositivos de entrenamiento locomotor, dispositivos de ejercicio pasivo y gravedad artificial, ya sea como un componente integral de la nave espacial o como un dispositivo discreto contenido dentro de ella. Con respecto a este último, recientemente se han descrito las respuestas hemodinámicas y metabólicas al aumento de la carga proporcionado por una centrífuga accionada por humanos. [2]
Antes del lanzamiento del primer astronauta estadounidense , los vuelos suborbitales de primates no humanos ( chimpancés ) demostraron que el lanzamiento y la entrada, así como la exposición a la microgravedad de corta duración, eran eventos en los que se podía sobrevivir. [3]
Figura 6-1 : El dispositivo de ejercicio utilizado en algunas
misiones Apolo se basó en el Exer-Genie desarrollado por Exer-Genie, Inc.,
Fullerton , CA. Dentro del cilindro, las cuerdas de nylon giran alrededor de un eje, desarrollando una resistencia controlada. Los cables están unidos a las asas de bucle. Cuando no estaba en uso, el dispositivo de vuelo se guardaba en una bolsa de tela (
recuadro ).
Figura 6-2. Cambios en los volúmenes de las extremidades superiores e inferiores obtenidos mediante mediciones de la circunferencia de segmentos de 3 cm en los tres miembros de la tripulación del Skylab 4. Debido a un volumen de ejercicio mucho mayor en los miembros de la tripulación del Skylab 4, su pérdida de volumen muscular fue mucho menor que la observada en los miembros de la tripulación del Skylab 4. Skylab 2 y 3. De referencia.
[11] Figura 6-3. Cambios promedio en el peso corporal, la fuerza isocinética de las piernas y el volumen de las piernas de los miembros de la tripulación en las tres misiones Skylab. Solo se usó la bicicleta ergométrica en Skylab 2, se agregaron los ejercitadores MK I y MK II "Mini Gym" para Skylab 3, y se voló una "cinta de correr" pasiva en Skylab 4. La carga de trabajo promedio por día en la bicicleta ergométrica es también proporcionado por la misión para la comparación. De referencia.
[10] Figura 6-4. La primera “cinta de correr” estadounidense utilizada durante los vuelos espaciales fue un dispositivo pasivo utilizado únicamente en la misión Skylab 4 de 84 días de duración. La alta carga (175 libras) a través de cuerdas elásticas proporcionó una modalidad más resistiva que aeróbica. Consistía en una placa de aluminio recubierta de teflón unida al piso isogrid Skylab. El miembro de la tripulación que hacía ejercicio usaba un arnés de cintura y hombro que se sujetaba al piso de rejilla isométrica que rodeaba la placa de la caminadora por medio de 4 cuerdas elásticas. Se tenían que usar calcetines para proporcionar una interfaz de baja fricción entre la superficie plantar de los pies y la placa de la cinta de correr recubierta de teflón. De referencia.
[10] Figura 6-5. Cinta de correr pasiva Space Shuttle original o de primera generación. De referencia.
[14] Figura 6-6. Cambio porcentual en la fuerza isocinética en los músculos extensores y flexores del tobillo para los miembros de la tripulación que se ejercitaron durante el vuelo frente a los que no lo hicieron. †Prevuelo < R+0 (p < 0,05). De referencia.
[14] Figura 6-7. Cambio porcentual en la fuerza isocinética en los músculos del tronco en los miembros de la tripulación que se ejercitaron durante el vuelo frente a los que no lo hicieron. †Pre > R+0 (p < 0,05). De referencia.
[14] Figura 6-8. Cambio porcentual en CSA de miofibras tipo I (contracción lenta) y tipo II (contracción rápida) en biopsias musculares posteriores al vuelo versus previas al vuelo de 8 miembros de la tripulación. De referencia.
[14] Figura 6-9. Cambio porcentual en grupos musculares seleccionados durante vuelos espaciales cortos (8 días; n = 8) y largos (115 días; n = 3) (Mir 18) en comparación con reposo en cama de larga duración (119 días). Datos de referencias y del Informe Final de Shuttle/Mir.
[20] [21] Figura 6-10. Las fallas en los equipos de ejercicio y otras limitaciones han limitado el acceso de los miembros de la tripulación de la ISS al complemento completo de los protocolos de ejercicios aeróbicos y de resistencia. La capacidad total para los 3 dispositivos estuvo presente solo para 2 ventanas cortas durante las Expediciones 3 y 4 (rectángulos blancos altos).
Figura 6-11. Pérdidas de masa de tejido magro en cambio porcentual desde antes del vuelo para NASA-Mir, ISS y tres estudios de reposo en cama de 120 a 170 días de duración.
Figura 6-12. Comparación del cambio porcentual posterior al vuelo en la fuerza extensora y flexora de la rodilla del vuelo previo en Shuttle (STS), las tres misiones Skylab (SL2-4), NASA-Mir (Mir) y ISS.
Figura 6-13. Cambio porcentual posterior al vuelo (R+0) con respecto a las medidas previas al vuelo en la resistencia muscular en la rodilla expresada como trabajo total para Space Shuttle (STS), NASA-Mir (Mir) e ISS (para ISS, n = 2).
Figura 6-14. Resultados de las pruebas de aptitud funcional en tripulantes de ISS Expeditions 1–11. Cambio porcentual desde antes del vuelo en los días posteriores al vuelo 5/7 y 30.
Figura 6-15. Resultados de las pruebas de aptitud funcional en tripulantes de ISS Expeditions 1–11. Cambio porcentual desde antes del vuelo en los días posteriores al vuelo 5/7 y 30.
