Hay una fuerza cuyos efectos están tan profundamente arraigados en nuestra vida cotidiana que probablemente ni siquiera pensamos mucho en ella: la gravedad. La gravedad es la fuerza que provoca la atracción entre las masas. Por eso, cuando sueltas un bolígrafo, cae al suelo. Pero, como la fuerza gravitatoria es proporcional a la masa del objeto, solo los objetos grandes, como los planetas, generan atracciones perceptibles. Por eso, tradicionalmente, el estudio de la gravedad se centraba en objetos masivos como los planetas.
Sin embargo, nuestras primeras misiones espaciales tripuladas cambiaron por completo nuestra manera de entender los efectos de la gravedad en los sistemas biológicos. La fuerza de gravedad no solo nos mantiene anclados al suelo; también influye en el funcionamiento de nuestro cuerpo hasta en las escalas más pequeñas. Ahora, ante la perspectiva de misiones espaciales más largas, los investigadores tratan de averiguar qué implica para nuestra fisiología la falta de gravedad y cómo compensarla.
Liberados de la fuerza de gravedad
Hasta que los exploradores viajaron al espacio, ninguna criatura terrestre había pasado tiempo en un entorno de microgravedad.
Los científicos observaron que los astronautas que regresaban habían crecido y habían perdido una cantidad considerable de masa ósea y muscular. Intrigados, los investigadores empezaron a comparar muestras de sangre y tejido de animales y astronautas antes y después de viajar al espacio para evaluar el impacto de la gravedad en la fisiología. Los astronautas científicos, en el entorno de la Estación Espacial Internacional, prácticamente libre de gravedad, empezaron a investigar cómo crecen las células en el espacio.
Sin embargo, la mayoría de los experimentos en este campo se realizan en la Tierra, con microgravedad simulada. Al hacer girar objetos —como células— a gran velocidad en una centrifugadora, se pueden crear estas condiciones de gravedad reducida.
Nuestras células han evolucionado para hacer frente a las fuerzas de un mundo caracterizado por la gravedad; si de repente se liberan de sus efectos, empiezan a ocurrir cosas extrañas.
Detección de fuerzas a nivel celular
Además de la fuerza de gravedad, nuestras células también están sometidas a otras fuerzas, como la tensión y el esfuerzo cortante, a medida que cambian las condiciones dentro de nuestro cuerpo.
Nuestras células necesitan mecanismos para detectar estas fuerzas. Uno de los mecanismos más aceptados son los llamados canales iónicos mecanosensibles. Estos canales son poros en la membrana celular que permiten el paso de determinadas moléculas cargadas hacia dentro o hacia fuera de la célula, según las fuerzas que detecten.
Los canales de la membrana celular actúan como guardianes: se abren o se cierran para dejar entrar o salir moléculas en respuesta a un estímulo específico.Efazzari, CC BY-SA
Un ejemplo de este tipo de mecanorreceptor es el canal iónico PIEZO, presente en casi todas las células. Según dónde se encuentren en el cuerpo, coordinan las sensaciones del tacto y el dolor. Por ejemplo, un pellizco en el brazo activaría un canal iónico PIEZO en una neurona sensorial, indicándole que abra sus compuertas. En cuestión de microsegundos, iones como el calcio entrarían en la célula y transmitirían la información de que han pellizcado el brazo. La secuencia de acontecimientos culmina con la retirada del brazo. Este tipo de detección de fuerzas puede ser fundamental para que las células reaccionen rápidamente a las condiciones del entorno.
Sin gravedad, las fuerzas que actúan sobre los canales iónicos mecanosensibles quedan desequilibradas y provocan movimientos anormales de los iones. Los iones regulan muchas actividades celulares; si no van adonde deben cuando deben, el funcionamiento de las células se descontrola. Se alteran la síntesis de proteínas y el metabolismo celular.
La fisiología sin gravedad
Durante las últimas tres décadas, los investigadores han ido desentrañando cuidadosamente cómo afecta la microgravedad a determinados tipos de células y sistemas corporales.
- Cerebro: Desde la década de 1980, los científicos han observado que la ausencia de gravedad hace que se acumule más sangre en la parte superior del cuerpo y, por tanto, que aumente la presión en el cerebro. Investigaciones recientes sugieren que esta mayor presión reduce la liberación de neurotransmisores, moléculas clave que las células cerebrales utilizan para comunicarse. Este hallazgo ha impulsado estudios sobre problemas cognitivos frecuentes, como las dificultades de aprendizaje, en astronautas que regresan.
- Huesos y músculos: La ingravidez del espacio puede causar una pérdida ósea superior al 1 % al mes, incluso en astronautas que siguen rutinas de ejercicio rigurosas. Ahora, los científicos aprovechan los avances en genómica (el estudio de las secuencias de ADN) y proteómica (el estudio de las proteínas) para identificar cómo regula la gravedad el metabolismo de las células óseas. En ausencia de gravedad, los científicos han descubierto que se suprimen las células encargadas de formar hueso. Al mismo tiempo, se activan las células responsables de degradarlo. En conjunto, esto acelera la pérdida ósea. Los investigadores también han identificado algunas de las moléculas clave que controlan estos procesos.
- Inmunidad: Las naves espaciales se someten a una esterilización rigurosa para impedir la transferencia de organismos extraños. No obstante, durante la misión Apolo 13, un patógeno oportunista infectó al astronauta Fred Haise. Esta bacteria, Pseudomonas aeruginosa, suele infectar solo a personas inmunodeprimidas. Este episodio despertó aún más interés por saber cómo se adapta el sistema inmunitario al espacio. Al comparar muestras de sangre de astronautas antes y después de sus misiones espaciales, los investigadores descubrieron que la falta de gravedad debilita las funciones de las células T. Estas células inmunitarias especializadas se encargan de combatir diversas enfermedades, desde el resfriado común hasta la sepsis mortal.
Cómo compensar la falta de gravedad
La NASA y otras agencias espaciales están invirtiendo en estrategias que permitan preparar a las personas para viajar a mayores distancias en el espacio. Averiguar cómo soportar la microgravedad es una parte importante de ese esfuerzo.
El mejor método actual para contrarrestar la ausencia de gravedad es aumentar la carga sobre las células de otra manera: mediante el ejercicio. Los astronautas suelen dedicar al menos dos horas al día a correr y levantar pesas para mantener un volumen sanguíneo saludable y reducir la pérdida ósea y muscular. Por desgracia, el ejercicio intenso solo puede ralentizar el deterioro de la salud de los astronautas, no impedirlo por completo.
Los suplementos son otro método que investigan los científicos. Mediante estudios a gran escala de genómica y proteómica, los científicos han logrado identificar interacciones específicas entre células y sustancias químicas afectadas por la gravedad. Ahora sabemos que la gravedad afecta a moléculas clave que controlan procesos celulares como el crecimiento, la división y la migración. Por ejemplo, las neuronas cultivadas en microgravedad en la Estación Espacial Internacional tienen menos cantidad de un tipo de receptor del neurotransmisor GABA, que controla los movimientos motores y la visión. Añadir más GABA restableció la función, pero el mecanismo exacto aún no está claro.
La NASA también está evaluando si añadir probióticos a los alimentos espaciales para reforzar los sistemas digestivo e inmunitario de los astronautas puede ayudar a contrarrestar los efectos negativos de la microgravedad.
En los primeros tiempos de los viajes espaciales, uno de los primeros retos consistía en averiguar cómo vencer la gravedad para que un cohete pudiera escapar de la atracción de la Tierra. Ahora, el reto es cómo contrarrestar los efectos fisiológicos de la falta de fuerza gravitatoria, especialmente durante los vuelos espaciales largos.
