Download fisiologiadelespacio - Maestría en Salud Integral y Movimiento

FISIOLOGIA DEL EJERCICIO EN EL ESPACIO
Susana Chavarría González
Escuela de Ciencias del Deporte
Universidad Nacional
[email protected]
2006.
RESUMEN: La presente es una revisión bibliografica acerca de la fisiología humana en el espacio. El
propósito es conocer los cambios fisiológicos y las adaptaciones que ocurren cuando el cuerpo humano
se expone a ambientes de microgravedad y para promover el ejercicio físico como un medio para
contrarrestar dichos efectos.
______________________________________________________________________________________
PALABRAS CLAVES: fisiología, ambiente de microgravedad, ejercicio.
______________________________________________________________________________________
ABSTRACT: The following is a bibliographic revision that explains the human physiology in the space.
The propose is the knowledge of the physiological changes and the adaptations that occur in the body
when is expose to microgravity environment and to promote the physical exercise as a mean to contra
rest these effects.
______________________________________________________________________________________
KEY WORDS: physiology, microgravity environment, exercise.
INTRODUCCION
Newton descubrió que 2 masas se atraen entre ellas por fuerzas inversamente
proporcionales al cuadrado de la distancia que las separa. En un campo gravitacional, el
cuerpo se somete a la aceleración de la gravedad que se representa por la letra g. La
fuerza de aceleración producida por la gravedad de la Tierra es de 1 G. Por otro lado, la
microgravedad debe entenderse como aquella fuerza de gravedad que es menor a la de la
Tierra. Por ejemplo, la Luna posee una fuerza de gravedad de 0,17 G, es decir, un 17% de
la fuerza de la gravedad en la Tierra. El término Ingravidez, también se ha utilizado como
sinónimo de microgravedad y quiere decir “sin peso demostrable, ni sus efectos”.
(Catalayud, 2004).
Se debe entender como medicina aeroespacial a la rama médica que estudia los efectos
fisiológicos y psicológicos que se observan cuando el cuerpo se expone a ambientes de
microgravedad. (Revista de Tecnociencia, 2003).
Por otro lado, la fisiología gravitacional es la ciencia que estudia los cambios orgánicos
que suceden cuando se permanece en un ambiente con mayor o menor fuerza
gravitacional que la de la Tierra. Estudia 3 áreas fundamentales: la salud de los sujetos en
el espacio, la investigación bio-medica y la elaboración de modelos. (Catalayud, 2004).
Los cambios fisiológicos que ocurren en un organismo cuando se encuentra en un
ambiente de microgravedad son similares a los que ocurren por envejecimiento,
hipokinesia, hipodinamia, inmovilización (bed rest), inmersión en agua, “caída libre” en
aviones que descienden en picada o por abandono de un entrenamiento físico. (Catalayud,
2004 y Wilmore y Costill, 2004).
Los cambios fisiológicos que ocurren a causa de la falta de gravedad se presentan
principalmente en los huesos, los músculos, los riñones y el sistema cardiovascular.
(Revista de Tecnociencia, 2003).Se dice que cuando se esta a 337,890 Km. de distancia
de la Tierra, la fuerza de gravedad es de cero, por lo que el cuerpo no pesa lo que provoca
un deterioro rápido de los huesos, músculos y tendones que no se utilizan
desencadenando finalmente una reducción de la capacidad funcional general del cuerpo.
(Wilmore y Costill, 2004).
Se ha visto que las aceleraciones, desaceleraciones, el ruido, la vibración, la ingravidez,
la necesidad de atmósfera artificial y la exposición a radiación ionizante cuando se esta
en el espacio, traen repercusiones en la salud, tanto a nivel fisiológico como psicológico.
Por ejemplo, se menciona que cuando las aceleraciones se presentan de 4-6 g, esto puede
provocar trastornos neurológicos como visión borrosa y desvanecimiento. Además, la
falta de oxigeno que se experimenta puede producir fatiga, somnolencia, cefalea, vértigo,
perdida de la conciencia, entre otros. Se comenta además que los seres humanos
necesitan un periodo de 4-5 semanas para adaptarse al nuevo ambiente. Durante este
tiempo tienden a sufrir de desorientación, confusión mental, somnolencia y debilidad.
(Revista de Tecnociencia, 2003).
Otros cambios son observados en otros sistemas del cuerpo, como por ejemplo a nivel de
los músculos donde se produce una atrofia muscular importante debido a una menor
síntesis proteica y por el no uso de los músculos anti-gravitacionales. La atrofia muscular
varia entre un 35 y un 50% los primeros días de estancia en el espacio. Dicha pérdida de
masa muscular que ocurre por cambios en la fuerza y el volumen provoca una perdida de
peso. (Revista de Tecnociencia, 2003 y Willmore y Costill, 2004).
A nivel de los huesos existe una perdida del calcio por lo que aumenta la posibilidad de
que se produzcan fracturas óseas debido a la debilidad y deterioro del hueso. Esto se
genera porque existe un aumento de la excreción urinaria y fecal de calcio, por lo que
este calcio baja en la sangre y el hueso. Se calcula que la perdida mineral ósea es mayor a
nivel del radio (entre un 3 a 25% de perdida ósea), seguido del cubito (entre un 3 y un
16%) y el calcáneo (entre un 2 y un 15%). También es frecuente la formación de cálculos
renales como consecuencia de la movilización del calcio de los huesos (resorción ósea) a
los riñones. (Wilmore y Costill, 2004 y Revista de Tecnociencia, 2003).
En el sistema cardiovascular, el volumen plasmático disminuye y con ello la presión
hidrostática. Esto provoca que la sangre regrese al corazón del resto del cuerpo en mayor
cantidad y que el gasto cardiaco aumente significativamente. Por su parte los riñones se
ven forzados a eliminar esos grandes volúmenes por lo que se produce lo que se llama
diuresis de la tensión arterial, en la que esta involucrado el sistema angiotensinaaldosterona. Por otra parte, también se libera el factor natriuretico para regular la perdida
de volumen. Esto provoca que los líquidos corporales se acumulen en la parte superior
del cuerpo por lo que se eleva la frecuencia cardiaca, la presión arterial y el tamaño del
corazón. Con los días, se presenta una adaptación del cuerpo a esta situación produciendo
lo contrario y es por ello que cuando se regresa a la Tierra con un volumen plasmático
mas bajo y una hipotensión arterial se produce los desmayos y el rendimiento físico
también se ve afectado. (Revista de Tecnociencia, 2003 y Wilmore y Costill, 2004).
También la pérdida de líquidos, grasas y proteínas en el ambiente de microgravedad
genera una reducción del peso corporal aproximadamente de 2,7 Kg.
Existen otros cambios a nivel de otros órganos, como por ejemplo: el intestino se paraliza
en ambientes de microgravedad y el patrón defeca torio se pierde; el sistema inmune se
debilita y queda susceptible el organismo a activar virus que se encontraban latentes y
producir infecciones; el ciclo circadiano se pierde por lo que se dificulta conciliar el
sueno y se pierde la percepción de tiempo y espacio en el espacio; el sistema
hematopoyetico se afecta produciéndose anemia; cambios en el comportamiento que se
observa desde la depresión hasta la euforia por el aislamiento a que son sometidos los
astronautas, por el confinamiento en espacios reducidos y el estrés que se genera el estar
fuera de su casa, además se altera la función vestibular y cerebelosa y aparece el vértigo,
la desorientación, la perdida del equilibrio y la visión borrosa. (Revista de Tecnociencia,
2003).
Es importante mencionar que los niveles de radiación ionizante en el espacio pueden
provocar muta génesis, dañar los tejidos corporales, producir tumores o neoplasias,
alteraciones genéticas y danos en el sistema nervioso central. (Revista de Tecnociencia,
2003).
Como se ha visto, los problemas se suscitan al salir de la atmósfera y luego al regresar a
la Tierra. De regreso el volumen sanguíneo es menor lo que provoca síntomas que
traducen hipotensión arterial ortostatica, como por ejemplo: nauseas, vértigo, cefalea,
trastornos visuales, sensación de desvanecimiento, debilidad, vómitos, sudoración fría, ya
que no se satisfacen las necesidades circulatorias corporales. (Wilmore y Costill, 2004,
Catalayud, 2004 y Savalnet, 2005).
Los primeros estudios biológicos espaciales se iniciaron en los anos 60’s, en los que se
utilizaron animales, insectos y plantas de experimentación con la finalidad de estudiar los
cambios o efectos de la ingravidez y determinar la tolerancia a una exposición
prolongada de una fuerza gravitacional distinta a la Tierra. Posteriormente, los seres
humanos se aventuraron a salir fuera de la atmósfera terrestre y han sido sometidos a
diferentes estudios en el espacio. (Catalayud, 2004 y Cohen, 2002).
Los astronautas que permanecieron por un mayor tiempo en la Estación MIR fueron los
rusos Yuri Romanenko en 1987 (326 días) y Valery Polyakov entre 1994 y 1995 (437
días). Ellos fueron sometidos a múltiples experimentos que han sido de mucha utilidad en
la actualidad. (Revista de Tecnociencia, 2003).
Con el avance de la ciencia y la tecnología del siglo XXI, la NASA ha venido
desarrollando programas distintos de bio-nanotecnologia que buscan mejorar la salud del
ser humano en el futuro y brindar los cuidados clínicos precisos efectivos para la
supervivencia de los astronautas en el espacio. Entre las aplicaciones que han sido
consideradas de gran importancia en el campo de la salud están: los nano-bioprocesadores, los nano-dispositivos implantados, la robótica quirúrgica con técnicas de
mínima invasión y aero-espacial y los dispositivos multimodales para sordos y ciegos que
son programados en función de dar respuesta a procesos biológicos complejos y
satisfacer las necesidades del cuerpo humano. (Barranco, 2005).
Para efectuar la mayoría de los experimentos científicos se ha utilizado la Estación
Espacial Internacional que ha servido como un laboratorio de investigación de las
ciencias en general. Esta situado a 400 Km. de la Tierra y no cuenta con gravedad, por lo
que es muy útil para poner en practica los distintos proyectos que desarrollan en conjunto
los científicos norteamericanos y de otras nacionalidades (europeos y rusos) para estudiar
y entender los efectos de la microgravedad sobre la salud, el rendimiento físico y las
adaptaciones a dicho ambiente. (Calatayud, 2004, Programa Shuttle, 1996 y Bartolomé,
2003).
La NASA ha mostrado preocupación por el deterioro físico que se produce cuando los
astronautas realizan vuelos espaciales prolongados y por este motivo han efectuado
múltiples investigaciones que buscan alternativas que contrarresten y prevengan los
efectos producidos por la exposición a ambientes sin gravedad. Entre esos estudios se
destacan el Pharmemsi (farmacología en la gravedad), el Exemsi (la psicología de grupo
por aislamiento en vuelos orbitales) y el Ageing (investigación sobre la prevención del
deterioro físico en vuelos espaciales prolongados), entre otros. (Rosado, 1999).
Otros proyectos que se han puesto en practica son: el ROOT que estudio los efectos del
espacio sobre las raíces vegetales (Arabidopsis thaliana) para encontrar las células
responsables de producir nuevas células; el MESSAGE que ha estudiado los procesos
metabólicos que sufren las bacterias al estar expuestas a ambientes de microgravedad
(fisiología de las bacterias, la genética, la movilización de las mismas); el NEUROCOG
que investigo la percepción espacial de los astronautas en cuanto al movimiento, la
propiocepcion, la visión, la posición, el equilibrio y la memoria; el CARDIOCOG y el
RHYTHM que estudio los efectos de la gravedad sobre el sistema cardiopulmonar, el
SYMPATHO que investigo los efectos del sistema nervioso simpático sobre la frecuencia
cardiaca y la presión arterial durante el vuelo espacial. (Marco y Medina, 2003).
Otro proyecto que cabe mencionar es el que se llamo Exploración de Simulación Espacial
Internacional de Mujeres (WISE) y que se llevo a cabo en el Instituto Francés de
Medicina y Fisiología Espacial. En dicho estudio participaron un total de 24 mujeres
voluntarias de 8 países europeos, con edades entre 25 y 40 anos, que fueron sometidas a
180 pruebas. Ellas permanecieron durante 60 días en cama, con la finalidad de simular
los efectos de la ingravidez en el organismo. Esto para demostrar que el cuerpo se adapta
rápidamente al ambiente de microgravedad a expensas de la perdida de funciones
corporales y estructuras que no se utilizan bajo esas condiciones. Por ejemplo, los
músculos gravitacionales que sostienen el cuerpo, que ocupan un 60% de la masa
muscular total y que son necesarios para el equilibrio se pierden por lo que se presentan:
la debilidad, los calambres, los dolores musculares, el desgaste muscular, la perdida ósea
y muscular. (Jost, 2005).
Otro de los proyectos que llamo la atención fue realizado por la Experimental Pathology
Branch de la NASA. En dicho estudio se estudio el efecto de la ingravidez sobre el
envejecimiento prematuro del insecto Drosophila melanogaster efectuado en las misiones
SkyLab, Soyuz y Salyut. En este se demostró que los cambios fisiológicos se producen
porque existe una mayor actividad motora, un mayor consumo de oxigeno y se genera un
stress metabólico en el espacio lo cual genera un envejecimiento prematuro debido a los
cambios en la intensidad de las fuerzas gravitacionales y en la genetica. (Calatayud,
2004).
Por otro lado, el Neurolab es otro proyecto biomédico espacial que tiene por objetivo
resolver los efectos producidos por el cambio de ambiente al regresar a la Tierra, como
por ejemplo: los problemas de insomnio, de hipotensión arterial, el vértigo, los trastornos
neurológicos, la desorientación, los vómitos, entre otros. (López, 1998).
Entre las medidas que se han venido utilizando para evitar o prevenir dichos cambios son:
la sujeción de la cabeza, el uso de trajes antigravitacionales y la posición sentada mirando
hacia atrás. Sin embargo, no son tan efectivos. (Revista de Tecnociencia, 2003).
Es por esta razón que se deben buscar otras alternativas para contrarrestar los efectos de
la microgravedad sobre el organismo, ya que hasta el momento las medidas que se han
tomado no han sido 100% efectivas y para esto es necesario obtener una mayor cantidad
de información a través de nuevos experimentos que brinden aportes valiosos incluso
para el tratamiento de la osteoporosis o del síndrome metabólico. (Jost, 2005).
Es por todo lo expuesto anteriormente que se hace necesario que los astronautas se
preparen anticipadamente realizando ejercicio físico para que los cambios fisiológicos
que se presentan a causa de un ambiente de microgravedad sean superados sin dificultad
alguna y que al regresar a Tierra puedan también adaptarse en forma adecuada. Se
recomienda que durante el vuelo se realicen ejercicios contra resistencia y de fondo por 2
horas diarias, ya que se ha visto que este tipo de actividad física incrementa el volumen
plasmático y la sensibilidad de los barorreceptores para mantener la presión arterial y el
volumen máximo de oxigeno dentro de limites normales. (Wilmore y Costill, 2004,
Rizzo, 2004 y Savalnet, 2005).
También seria importante seleccionar los aspirantes en forma exhaustiva, establecer
programas de entrenamiento, recibir terapia psicológica y un estricto control medico
previo, durante y posterior al vuelo espacial. (Revista de Tecnociencia, 2003).
Finalmente, cabe mencionar que la nanotecnologia, la biología y la tecnología de la
comunicación serán las encargadas en un futuro de dar éxito a los diferentes proyectos de
la NASA y de otras agencias espaciales (europeas y rusas) para beneficio de la
humanidad. (Barranco, 2005).
BIBLIOGRAFIA
Barranco, O. (2005). Alcanzando la excelencia humana a través de la interpretación de
las tecnologías. RevistaeSalud. Volumen I, No 3, 2005.
Bartolomé, A. Un laboratorio a 400 Km. de la Tierra. Fuente: SEME-Noticias.htm.
Sociedad Española de Medicina Estética. Fecha de acceso: 12 de marzo, 2006.
Bartolomé, A. Experimentos en microgravedad y cambios fisiológicos. Fuente:
www.airandspacemagazine.com. Fecha de acceso: 26 de marzo, 2006.
BBC Mundo. (2005). A la cama por la ciencia espacial. Fuente: www.BBCMundo.com.
Fecha de acceso: 2 de marzo, 2006.
Calatayud, J. (2004). Estudios de la NASA sobre los efectos biomédicos del vuelo
espacial. Fuente: www3.usual.es/ geozona/planetas. Fecha de acceso: 10 de
marzo, 2006.
Cohen, M. (2002). Noticias de la Ciencia y la Tecnología: experimento de hipergravedad.
Fuente: noticiasdelespacio.htm. Fecha de acceso: 2 de marzo, 2006.
López, M. (1998). Neurolab: el cerebro en el espacio. Fuente: www.elmundo.com. Fecha
de acceso: 10 de marzo, 2006.
Marco, R. y Medina, F. (2003). Misión Cervantes. Ciencias de la Vida (Ageing). Fuente:
www.airandspacemagazine.com. Fecha de acceso: 10 de marzo, 2006.
NASA (1996). Programa Shuttel Columbia: Objetivo de la misión-SpaceLab, LMS,
SAMS-D, OARE, BDPU, SAREX II. Fuente: Programa Shuttel Columbia-htm.
Fecha de acceso: 12 de marzo, 2006.
Rabadán, MA. (1999). Discovery. RevistaeSalud. Volumen I, No 3, mayo 1999.
Rizzo, H. 92004). La gente de la STS-107. Fuente: www.astroseti.org. Fecha de acceso: 2
de marzo, 2006.
Rosado, A. (1999). Astronautas y Médicos. Revista de Medicina Aeroespacial y
Ambiental. Volumen I No 3, mayo, 1999.
Sin autor. (2005). Medicina aeroespacial en los días del Discovery. Fuente:
www.savalnet.com. Fecha de acceso: 26 de marzo, 2006.
Sistema Soporte Vital. (2000). La gravedad: el peso del mundo. Fuente:
www.savalnet.com. Fecha de acceso: 10 de marzo del 2006.
Tecnociencia. (2003). Misiones Espaciales. Fuente: www.airandspacemagazine.com.
Fecha de acceso: 26 de marzo, 2006.
Willmore, J. y Costill, D. (2004). Fisiología del Esfuerzo y el Deporte. 5ª Edición.
Editorial Paidotribo. Universidad Indiana, EUA, p. 367-379.