Los efectos de los vuelos espaciales en el cuerpo humano son complejos y en gran medida dañinos tanto a corto como a largo plazo. [1] Los efectos adversos significativos de la ingravidez a largo plazo incluyen atrofia muscular y deterioro del esqueleto ( osteopenia de vuelo espacial ). [2] Otros efectos significativos incluyen una ralentización de las funciones del sistema cardiovascular , disminución de la producción de glóbulos rojos (anemia espacial), [3] trastornos del equilibrio , trastornos de la vista y cambios en el sistema inmunológico . [4] Los síntomas adicionales incluyen redistribución de líquidos (que causa la apariencia de " cara de luna " típica en las imágenes de astronautas experimentando ingravidez), [5] [6] pérdida de masa corporal , congestión nasal , alteración del sueño y exceso de flatulencia . Una evaluación de 2024 señaló que "los problemas bien conocidos incluyen pérdida ósea, mayor riesgo de cáncer, deterioro de la visión, sistemas inmunológicos debilitados y problemas de salud mental... [a]unque lo que está sucediendo a nivel molecular no siempre ha estado claro", [7] lo que genera inquietudes especialmente con respecto a los vuelos espaciales privados y comerciales que ahora se realizan sin que se realice ninguna investigación científica o médica entre esas poblaciones sobre los efectos. [8]
En general, la NASA se refiere a los diversos efectos nocivos de los vuelos espaciales sobre el cuerpo humano con el acrónimo RIDGE (es decir, "radiación espacial, aislamiento y confinamiento, distancia de la Tierra, campos de gravedad y entornos hostiles y cerrados"). [3]
Los problemas de ingeniería asociados con la salida de la Tierra y el desarrollo de sistemas de propulsión espacial han sido estudiados durante más de un siglo, y se han dedicado millones de horas de investigación a ellos. En los últimos años, ha habido un aumento en la investigación sobre la cuestión de cómo los seres humanos pueden sobrevivir y trabajar en el espacio durante períodos de tiempo prolongados y posiblemente indefinidos. Esta cuestión requiere aportes de las ciencias físicas y biológicas y ahora se ha convertido en el mayor desafío (aparte de la financiación) que enfrenta la exploración espacial humana . Un paso fundamental para superar este desafío es tratar de comprender los efectos de los viajes espaciales de larga duración en el cuerpo humano.
En octubre de 2015, la Oficina del Inspector General de la NASA emitió un informe sobre riesgos para la salud relacionados con la exploración espacial , incluida una misión humana a Marte . [9] [10]
El 12 de abril de 2019, la NASA informó los resultados médicos del Estudio de gemelos astronautas , donde un astronauta gemelo pasó un año en el espacio en la Estación Espacial Internacional , mientras que el otro pasó el año en la Tierra , lo que demostró varios cambios duraderos, incluidos aquellos relacionados con alteraciones en el ADN y la cognición , después de que se compararon los gemelos. [11] [12]
En noviembre de 2019, los investigadores informaron que los astronautas experimentaron graves problemas de flujo sanguíneo y coágulos mientras estaban a bordo de la Estación Espacial Internacional , según un estudio de seis meses de 11 astronautas sanos. Los resultados pueden influir en los vuelos espaciales de largo plazo , incluida una misión al planeta Marte , según los investigadores. [13] [14]
Muchas de las condiciones ambientales que experimentan los humanos durante los vuelos espaciales son muy diferentes de aquellas en las que evolucionaron; sin embargo, la tecnología como la que ofrecen una nave espacial o un traje espacial es capaz de proteger a las personas de las condiciones más duras. Las necesidades inmediatas de aire respirable y agua potable son atendidas por un sistema de soporte vital , un grupo de dispositivos que permiten a los seres humanos sobrevivir en el espacio exterior. [15] El sistema de soporte vital suministra aire , agua y alimentos . También debe mantener la temperatura y la presión dentro de límites aceptables y lidiar con los productos de desecho del cuerpo . También es necesario el blindaje contra influencias externas dañinas como la radiación y los micrometeoritos.
Algunos peligros son difíciles de mitigar, como la ingravidez, también definida como un entorno de microgravedad . Vivir en este tipo de entorno impacta al cuerpo de tres maneras importantes: pérdida de propiocepción , cambios en la distribución de fluidos y deterioro del sistema musculoesquelético .
El 2 de noviembre de 2017, los científicos informaron que se han encontrado cambios significativos en la posición y la estructura del cerebro en los astronautas que han realizado viajes al espacio , según estudios de resonancia magnética . Los astronautas que realizaron viajes espaciales más largos se asociaron con mayores cambios cerebrales. [16] [17]
En octubre de 2018, investigadores financiados por la NASA descubrieron que los viajes largos al espacio exterior , incluidos los viajes al planeta Marte , pueden dañar sustancialmente los tejidos gastrointestinales de los astronautas. Los estudios respaldan trabajos anteriores que descubrieron que dichos viajes podrían dañar significativamente los cerebros de los astronautas y envejecerlos prematuramente. [18]
En marzo de 2019, la NASA informó que los virus latentes en humanos podrían activarse durante las misiones espaciales , lo que posiblemente agregue más riesgo a los astronautas en futuras misiones al espacio profundo. [19]
La medicina espacial es una práctica médica en desarrollo que estudia la salud de los astronautas que viven en el espacio exterior. El objetivo principal de esta actividad académica es descubrir qué tan bien y durante cuánto tiempo pueden sobrevivir las personas a las condiciones extremas del espacio, y qué tan rápido pueden readaptarse al entorno terrestre después de regresar del espacio. La medicina espacial también busca desarrollar medidas preventivas y paliativas para aliviar el sufrimiento causado por vivir en un entorno al que los humanos no están bien adaptados.
Durante el despegue y el reingreso, los viajeros espaciales pueden experimentar una gravedad varias veces superior a la normal. Una persona sin entrenamiento puede soportar normalmente unos 3 g, pero puede desmayarse con 4 o 6 g. La fuerza G en dirección vertical es más difícil de tolerar que una fuerza perpendicular a la columna vertebral porque la sangre fluye lejos del cerebro y los ojos. Primero, la persona experimenta una pérdida temporal de la visión y luego, con fuerzas G más altas, pierde el conocimiento. El entrenamiento en fuerzas G y un traje anti-g que constriñe el cuerpo para mantener más sangre en la cabeza pueden mitigar los efectos. La mayoría de las naves espaciales están diseñadas para mantener las fuerzas G dentro de límites cómodos.
El entorno del espacio es letal sin la protección adecuada: la mayor amenaza en el vacío del espacio se deriva de la falta de oxígeno y presión, aunque la temperatura y la radiación también plantean riesgos. Los efectos de la exposición al espacio pueden provocar ebullismo , hipoxia , hipocapnia y enfermedad por descompresión . Además de estos, también hay mutación celular y destrucción por fotones de alta energía y partículas subatómicas presentes en los alrededores. [20] La descompresión es una preocupación grave durante las actividades extravehiculares (EVA) de los astronautas. [21] Los diseños actuales de la Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU) tienen en cuenta este y otros problemas, y han evolucionado con el tiempo. [22] [23] Un desafío clave ha sido el de los intereses en pugna por aumentar la movilidad de los astronautas (que se reduce con las EMU de alta presión , de forma análoga a la dificultad de deformar un globo inflado en relación con uno desinflado) y minimizar el riesgo de descompresión . Los investigadores [24] han considerado presurizar una unidad principal separada a la presión de cabina normal de 71 kPa (10,3 psi) en lugar de la presión actual de toda la unidad EMU de 29,6 kPa (4,3 psi). [23] [25] En un diseño de este tipo, la presurización del torso podría lograrse mecánicamente, evitando la reducción de la movilidad asociada con la presurización neumática. [24]
La fisiología humana está adaptada a vivir dentro de la atmósfera de la Tierra, y se requiere una cierta cantidad de oxígeno en el aire que respiramos . Si el cuerpo no recibe suficiente oxígeno, entonces el astronauta corre el riesgo de perder el conocimiento y morir de hipoxia . En el vacío del espacio, el intercambio de gases en los pulmones continúa pero da como resultado la eliminación de todos los gases, incluido el oxígeno, del torrente sanguíneo. Después de 9 a 12 segundos, la sangre desoxigenada llega al cerebro y da como resultado la pérdida de la conciencia. [26] Es poco probable que la exposición al vacío durante hasta 30 segundos cause daño físico permanente. [27] Los experimentos con animales muestran que la recuperación rápida y completa es normal para exposiciones inferiores a 90 segundos, mientras que las exposiciones más prolongadas de todo el cuerpo son fatales y la reanimación nunca ha tenido éxito. [28] [29] Solo hay una cantidad limitada de datos disponibles de accidentes humanos, pero es consistente con los datos animales. Las extremidades pueden estar expuestas durante mucho más tiempo si la respiración no se ve afectada. [30]
En diciembre de 1966, el ingeniero aeroespacial y sujeto de pruebas Jim LeBlanc de la NASA estaba participando en una prueba para ver qué tan bien se desempeñaría un prototipo de traje espacial presurizado en condiciones de vacío. Para simular los efectos del espacio, la NASA construyó una enorme cámara de vacío desde la cual se pudiera bombear todo el aire. [31] En algún momento durante la prueba, la manguera de presurización de LeBlanc se desprendió del traje espacial. [32] A pesar de que esto hizo que la presión de su traje cayera de 3,8 psi (26,2 kPa) a 0,1 psi (0,7 kPa) en menos de 10 segundos, LeBlanc permaneció consciente durante unos 14 segundos antes de perder el conocimiento debido a la hipoxia; la presión mucho más baja fuera del cuerpo causa una rápida desoxigenación de la sangre. "Mientras me tambaleaba hacia atrás, pude sentir que la saliva en mi lengua comenzaba a burbujear justo antes de quedar inconsciente y eso es lo último que recuerdo", recuerda LeBlanc. [33] Un colega entró en la cámara en 25 segundos y le dio oxígeno a LeBlanc. La cámara se presurizó nuevamente en 1 minuto en lugar de los 30 minutos habituales. LeBlanc se recuperó casi de inmediato, con solo un dolor de oído y sin daños permanentes. [34]
Otro efecto del vacío es una condición llamada ebullismo que resulta de la formación de burbujas en los fluidos corporales debido a la presión ambiental reducida. El vapor puede hinchar el cuerpo hasta el doble de su tamaño normal y ralentizar la circulación, pero los tejidos son lo suficientemente elásticos y porosos para evitar la ruptura. [35] Técnicamente, se considera que el ebullismo comienza a una altitud de alrededor de 19 kilómetros (12 mi; 62.000 pies) o presiones inferiores a 6,3 kPa (47 mm Hg ), [36] conocido como el límite de Armstrong . [20] Los experimentos con otros animales han revelado una serie de síntomas que también podrían aplicarse a los humanos. El menos grave de ellos es la congelación de las secreciones corporales debido al enfriamiento por evaporación . Los síntomas graves, como la pérdida de oxígeno en el tejido , seguida de insuficiencia circulatoria y parálisis flácida , ocurrirían en unos 30 segundos. [20] Los pulmones también colapsan en este proceso, pero seguirán liberando vapor de agua, lo que provocará enfriamiento y formación de hielo en el tracto respiratorio . [20] Una estimación aproximada es que un humano tendrá alrededor de 90 segundos para ser recomprimido, después de lo cual la muerte puede ser inevitable. [35] [37] La hinchazón por ebullición se puede reducir con contención en un traje de vuelo que es necesario para prevenir la ebullición por encima de los 19 km. [30] Durante el programa del transbordador espacial, los astronautas usaban una prenda elástica ajustada llamada Traje de Protección de Altitud de la Tripulación (CAPS) que prevenía la ebullición a presiones tan bajas como 2 kPa (15 mm Hg). [38]
Los únicos humanos que se sabe que murieron por exposición al vacío en el espacio son los tres miembros de la tripulación de la nave espacial Soyuz 11 : Vladislav Volkov , Georgi Dobrovolski y Viktor Patsayev . Durante los preparativos para el reingreso desde la órbita el 30 de junio de 1971, una válvula de ecualización de presión en el módulo de descenso de la nave espacial se abrió inesperadamente a una altitud de 168 kilómetros (551.000 pies), lo que provocó una rápida despresurización y la posterior muerte de toda la tripulación. [39] [40]
En el vacío, no existe ningún medio para extraer calor del cuerpo por conducción o convección. La pérdida de calor se produce por radiación desde la temperatura de 310 K de una persona a los 3 K del espacio exterior. Se trata de un proceso lento, especialmente en una persona vestida, por lo que no hay peligro de congelación inmediata. [41] El enfriamiento rápido por evaporación de la humedad de la piel en el vacío puede crear escarcha, especialmente en la boca, pero no es un peligro significativo.
La exposición a la intensa radiación solar directa y sin filtrar produciría un calentamiento local, aunque probablemente se distribuiría bien por la conductividad y la circulación sanguínea del cuerpo. Sin embargo, otras radiaciones solares, en particular los rayos ultravioleta , pueden provocar quemaduras solares graves.
Sin la protección de la atmósfera y la magnetosfera de la Tierra, los astronautas están expuestos a altos niveles de radiación . Los altos niveles de radiación dañan los linfocitos , células muy involucradas en el mantenimiento del sistema inmunológico ; este daño contribuye a la inmunidad reducida que experimentan los astronautas. La radiación también se ha relacionado recientemente con una mayor incidencia de cataratas en los astronautas. Fuera de la protección de la órbita baja de la Tierra, los rayos cósmicos galácticos presentan más desafíos para los vuelos espaciales humanos, [45] ya que la amenaza para la salud de los rayos cósmicos aumenta significativamente las probabilidades de cáncer a lo largo de una década o más de exposición. [46] Un estudio apoyado por la NASA informó que la radiación puede dañar el cerebro de los astronautas y acelerar la aparición de la enfermedad de Alzheimer . [47] [48] [49] [50] Los eventos de llamaradas solares (aunque raros) pueden dar una dosis de radiación fatal en minutos. Se cree que el blindaje protector y los medicamentos protectores pueden en última instancia reducir los riesgos a un nivel aceptable. [51]
La tripulación que vive en la Estación Espacial Internacional (ISS) está parcialmente protegida del entorno espacial por el campo magnético de la Tierra, ya que la magnetosfera desvía el viento solar alrededor de la Tierra y la ISS. Sin embargo, las erupciones solares son lo suficientemente potentes como para deformar y penetrar las defensas magnéticas, por lo que siguen siendo un peligro para la tripulación. La tripulación de la Expedición 10 se refugió como medida de precaución en 2005 en una parte más protegida de la estación diseñada para este propósito. [52] [53] Sin embargo, más allá de la protección limitada de la magnetosfera de la Tierra , las misiones humanas interplanetarias son mucho más vulnerables. Lawrence Townsend de la Universidad de Tennessee y otros han estudiado la erupción solar más poderosa jamás registrada . Las dosis de radiación que recibirían los astronautas de una erupción de esta magnitud podrían causar enfermedad por radiación aguda y posiblemente incluso la muerte. [54]
Existe la preocupación científica de que los vuelos espaciales prolongados puedan ralentizar la capacidad del cuerpo para protegerse contra las enfermedades. [55] La radiación puede penetrar en el tejido vivo y causar daños a corto y largo plazo a las células madre de la médula ósea que crean la sangre y los sistemas inmunológico. En particular, causa " aberraciones cromosómicas " en los linfocitos . Como estas células son fundamentales para el sistema inmunológico , cualquier daño debilita el sistema inmunológico, lo que significa que, además de una mayor vulnerabilidad a nuevas exposiciones, los virus ya presentes en el cuerpo, que normalmente estarían suprimidos, se vuelven activos. En el espacio, las células T (una forma de linfocito) son menos capaces de reproducirse adecuadamente, y las células T que se reproducen son menos capaces de combatir las infecciones. Con el tiempo, la inmunodeficiencia da como resultado la rápida propagación de la infección entre los miembros de la tripulación, especialmente en las áreas confinadas de los sistemas de vuelo espacial.
El 31 de mayo de 2013, los científicos de la NASA informaron que una posible misión humana a Marte [56] podría implicar un gran riesgo de radiación en función de la cantidad de radiación de partículas energéticas detectada por el RAD en el Laboratorio Científico de Marte durante el viaje de la Tierra a Marte en 2011-2012. [42] [43] [44]
En septiembre de 2017, la NASA informó que los niveles de radiación en la superficie del planeta Marte se duplicaron temporalmente y se asociaron con una aurora 25 veces más brillante que cualquier otra observada anteriormente, debido a una tormenta solar masiva e inesperada a mediados de mes. [57]
Tras la aparición de estaciones espaciales que pueden ser habitadas durante largos periodos de tiempo, se ha demostrado que la exposición a la ingravidez tiene algunos efectos nocivos para la salud humana. Los seres humanos están bien adaptados a las condiciones físicas de la superficie de la Tierra y, por tanto, en respuesta a la ingravidez, varios sistemas fisiológicos comienzan a cambiar y, en algunos casos, a atrofiarse . Aunque estos cambios suelen ser temporales, algunos tienen un impacto a largo plazo en la salud humana .
La exposición a corto plazo a la microgravedad provoca el síndrome de adaptación espacial , náuseas autolimitadas causadas por un trastorno del sistema vestibular . La exposición a largo plazo causa múltiples problemas de salud, uno de los más importantes es la pérdida de masa ósea y muscular. Con el tiempo, estos efectos de desacondicionamiento pueden perjudicar el rendimiento de los astronautas, aumentar su riesgo de lesiones, reducir su capacidad aeróbica y ralentizar su sistema cardiovascular . [58] Como el cuerpo humano se compone principalmente de líquidos, la gravedad tiende a forzarlos hacia la mitad inferior del cuerpo, y nuestros cuerpos tienen muchos sistemas para equilibrar esta situación. Cuando se liberan de la atracción de la gravedad, estos sistemas continúan funcionando, lo que provoca una redistribución general de los líquidos hacia la mitad superior del cuerpo. Esta es la causa de la "hinchazón" de cara redonda que se observa en los astronautas, [51] [59] y puede contribuir a las observaciones de un control motor del habla alterado en los astronautas. [60] La redistribución de los líquidos por el propio cuerpo provoca trastornos del equilibrio, visión distorsionada y pérdida del gusto y el olfato.
Un experimento del transbordador espacial de 2006 descubrió que la Salmonella typhimurium , una bacteria que puede causar intoxicación alimentaria , se volvía más virulenta cuando se cultivaba en el espacio. [61] El 29 de abril de 2013, los científicos del Instituto Politécnico Rensselaer , financiado por la NASA , informaron que, durante los vuelos espaciales en la Estación Espacial Internacional , los microbios parecen adaptarse al entorno espacial de formas "no observadas en la Tierra" y de formas que "pueden conducir a aumentos en el crecimiento y la virulencia ". [62] En 2017, se descubrió que las bacterias eran más resistentes a los antibióticos y prosperaban en la casi ingravidez del espacio. [63] Se ha observado que los microorganismos sobreviven al vacío del espacio exterior. [64] [65]
El problema más común que experimentan los humanos en las horas iniciales de ingravidez se conoce como síndrome de adaptación espacial o SAS, comúnmente llamado mareo espacial. Está relacionado con el mareo por movimiento y surge a medida que el sistema vestibular se adapta a la ingravidez. [66] Los síntomas del SAS incluyen náuseas y vómitos , vértigo , dolores de cabeza , letargo y malestar general. [2] El primer caso de SAS fue reportado por el cosmonauta Gherman Titov en 1961. Desde entonces, aproximadamente el 45% de todas las personas que han volado en el espacio han sufrido esta condición.
Un efecto importante de la ingravidez a largo plazo es la pérdida de masa ósea y muscular . En un entorno de ingravidez, los astronautas casi no ponen peso sobre los músculos de la espalda o de las piernas que se utilizan para mantenerse de pie. Luego, esos músculos comienzan a debilitarse y, con el tiempo, se hacen más pequeños. En consecuencia, algunos músculos se atrofian rápidamente y, sin ejercicio regular, los astronautas pueden perder hasta el 20% de su masa muscular en tan solo 5 a 11 días. [67] Los tipos de fibras musculares predominantes en los músculos también cambian. Las fibras de resistencia de contracción lenta que se utilizan para mantener la postura se reemplazan por fibras de contracción rápida que se contraen rápidamente y son insuficientes para cualquier trabajo pesado. Los avances en la investigación sobre el ejercicio, los suplementos hormonales y la medicación pueden ayudar a mantener la masa muscular y corporal.
El metabolismo óseo también cambia. Normalmente, el hueso se deposita en la dirección de la tensión mecánica. Sin embargo, en un entorno de microgravedad, hay muy poca tensión mecánica. Esto da como resultado una pérdida de tejido óseo de aproximadamente el 1,5% por mes, especialmente en las vértebras inferiores, la cadera y el fémur. [68] Debido a la microgravedad y la menor carga sobre los huesos, hay un rápido aumento de la pérdida ósea, desde una pérdida ósea cortical del 3% por década hasta aproximadamente el 1% cada mes que el cuerpo está expuesto a la microgravedad, para un adulto por lo demás sano. [69] El rápido cambio en la densidad ósea es dramático, haciendo que los huesos se vuelvan frágiles y dando como resultado síntomas que se parecen a los de la osteoporosis. En la Tierra, los huesos se desprenden y regeneran constantemente a través de un sistema bien equilibrado que implica la señalización de osteoblastos y osteoclastos. [70] Estos sistemas están acoplados, de modo que siempre que el hueso se descompone, las capas recién formadas toman su lugar; ninguna debería ocurrir sin la otra, en un adulto sano. En el espacio, sin embargo, hay un aumento en la actividad de los osteoclastos debido a la microgravedad. Esto es un problema porque los osteoclastos descomponen los huesos en minerales que son reabsorbidos por el cuerpo. [ cita requerida ] Los osteoblastos no son consecutivos con los osteoclastos, causando que el hueso disminuya constantemente sin recuperación. [71] Este aumento en la actividad de los osteoclastos se ha visto particularmente en la región pélvica porque esta es la región que soporta la mayor carga con la gravedad presente. Un estudio demostró que en ratones sanos, la aparición de osteoclastos aumentó en un 197%, acompañada de una regulación negativa de los osteoblastos y factores de crecimiento que se sabe que ayudan con la formación de hueso nuevo, después de solo dieciséis días de exposición a la microgravedad. Los niveles elevados de calcio en sangre del hueso perdido resultan en una calcificación peligrosa de los tejidos blandos y la posible formación de cálculos renales . [68] Todavía se desconoce si el hueso se recupera completamente. A diferencia de las personas con osteoporosis, los astronautas eventualmente recuperan su densidad ósea. [ cita requerida ] Después de un viaje de 3 a 4 meses al espacio, se necesitan aproximadamente de 2 a 3 años para recuperar la densidad ósea perdida. [ cita requerida ] Se están desarrollando nuevas técnicas para ayudar a los astronautas a recuperarse más rápido. La investigación sobre la dieta, el ejercicio y la medicación puede tener el potencial de ayudar al proceso de crecimiento de hueso nuevo.
Para prevenir algunos de estos efectos fisiológicos adversos , la ISS está equipada con dos cintas de correr (incluida la COLBERT ) y el aRED (dispositivo avanzado de ejercicio resistivo), que permiten realizar varios ejercicios de levantamiento de pesas que agregan músculo pero no hacen nada por la densidad ósea, [72] y una bicicleta estática; cada astronauta pasa al menos dos horas por día haciendo ejercicio en el equipo. [73] [74] Los astronautas usan cuerdas elásticas para atarse a la cinta de correr. [75] [76] Los astronautas sujetos a largos períodos de ingravidez usan pantalones con bandas elásticas unidas entre la cintura y los puños para comprimir los huesos de las piernas y reducir la osteopenia. [5]
Actualmente, la NASA está utilizando herramientas computacionales avanzadas para entender cómo contrarrestar mejor la atrofia ósea y muscular que experimentan los astronautas en entornos de microgravedad durante períodos prolongados de tiempo. [77] El Elemento de Contramedidas de Salud Humana del Programa de Investigación Humana creó el Proyecto de Astronauta Digital para investigar preguntas específicas sobre regímenes de contramedidas de ejercicio. [78] [79] La NASA se está centrando en la integración de un modelo del Dispositivo de Ejercicio Resistivo avanzado (ARED) actualmente a bordo de la Estación Espacial Internacional con modelos musculoesqueléticos OpenSim [80] de humanos que hacen ejercicio con el dispositivo. El objetivo de este trabajo es utilizar la dinámica inversa para estimar los pares articulares y las fuerzas musculares resultantes del uso del ARED, y así prescribir con mayor precisión regímenes de ejercicio para los astronautas. Estos pares articulares y fuerzas musculares podrían usarse junto con simulaciones computacionales más fundamentales de remodelación ósea y adaptación muscular para modelar de manera más completa los efectos finales de tales contramedidas y determinar si un régimen de ejercicio propuesto sería suficiente para mantener la salud musculoesquelética de los astronautas.
En el espacio, los astronautas pierden volumen de líquido, incluido hasta el 22% de su volumen sanguíneo. [81] Cuando los astronautas regresan a la Tierra, un volumen sanguíneo bajo puede causar intolerancia ortostática o mareos al estar de pie. [82] Bajo la influencia de la gravedad de la Tierra , cuando una persona está de pie, la sangre y otros fluidos corporales son atraídos hacia la parte inferior del cuerpo, lo que aumenta la presión en los pies. Cuando se elimina la gravedad, se eliminan las presiones hidrostáticas en todo el cuerpo y el cambio resultante en la distribución de la sangre es análogo a un individuo que cambia de estar de pie a acostado. El cambio persistente en la redistribución del volumen sanguíneo puede resultar en edema facial y otros efectos secundarios no deseados. Al regresar a la Tierra, el volumen sanguíneo reducido crea hipotensión ortostática . [83] La tolerancia ortostática después del vuelo espacial ha mejorado en gran medida mediante contramedidas de carga de líquido tomadas por los astronautas antes del aterrizaje. [84]
En 2013, la NASA publicó un estudio que encontró cambios en los ojos y la vista de los monos con vuelos espaciales de más de 6 meses. [85] Los cambios observados incluyeron un aplanamiento del globo ocular y cambios en la retina. [85] La vista de los viajeros espaciales puede volverse borrosa después de demasiado tiempo en el espacio. [86] [87] Otro efecto se conoce como fenómenos visuales de rayos cósmicos .
[Una] encuesta de la NASA realizada a 300 astronautas, hombres y mujeres, reveló que aproximadamente el 23 por ciento de los astronautas que realizaron vuelos cortos y el 49 por ciento de los que realizaron vuelos largos afirmaron haber experimentado problemas con la visión de cerca y de lejos durante sus misiones. Una vez más, en el caso de algunas personas, los problemas de visión persistieron durante años.
— NASA [85]
Como el polvo no puede depositarse en gravedad cero, pequeños trozos de piel muerta o metal pueden entrar en el ojo, causando irritación y aumentando el riesgo de infección. [88]
Los vuelos espaciales largos también pueden alterar los movimientos oculares de un viajero espacial (en particular el reflejo vestíbulo-ocular ). [89]
Debido a que la ingravidez aumenta la cantidad de líquido en la parte superior del cuerpo, se ha planteado la hipótesis de que los astronautas experimentan una presión intracraneal patológicamente elevada . [90] Esto aumentaría la presión en la parte posterior de los globos oculares, afectando su forma y aplastando ligeramente el nervio óptico . [1] [91] [92] [93] [94] [95] Esto se observó en 2012 en un estudio que utilizó imágenes por resonancia magnética de astronautas que habían regresado a la Tierra después de al menos un mes en el espacio. [96] Sin embargo, aún no se ha obtenido evidencia directa de presiones intracraneales patológicamente elevadas en microgravedad. Las medidas invasivas de la presión intracraneal en vuelos parabólicos mostraron que las presiones en realidad se redujeron en relación con los niveles supinos y ligeramente más altas que los niveles sentados, lo que significa que las presiones estaban dentro de la variación fisiológica normal. [97] Sin presiones intracraneales elevadas, aún se crea una fuerza que aplana la parte posterior del ojo por la eliminación de los gradientes hidrostáticos en los espacios intracraneales e intraoculares. [98]
Estos problemas de visión podrían ser una preocupación importante para futuras misiones de vuelo al espacio profundo, incluida una misión tripulada al planeta Marte . [56] [91] [92] [93] [94] [99] Si de hecho la presión intracraneal elevada es la causa, la gravedad artificial podría presentar una solución, como lo sería para muchos riesgos para la salud humana en el espacio. Sin embargo, estos sistemas gravitacionales artificiales aún están por probar. Más aún, incluso con una gravedad artificial sofisticada, puede permanecer un estado de microgravedad relativa, cuyos riesgos siguen siendo desconocidos. [100]
Un efecto de la ingravidez en los humanos es que algunos astronautas informan de un cambio en su sentido del gusto cuando están en el espacio. [101] Algunos astronautas encuentran que su comida es insípida, otros encuentran que sus comidas favoritas ya no saben tan bien (a uno que disfrutaba del café le disgustó tanto el sabor en una misión que dejó de beberlo después de regresar a la Tierra); algunos astronautas disfrutan comiendo ciertos alimentos que normalmente no comerían, y algunos no experimentan ningún cambio en absoluto. Múltiples pruebas no han identificado la causa, [102] y se han sugerido varias teorías, incluida la degradación de los alimentos y cambios psicológicos como el aburrimiento. Los astronautas a menudo eligen alimentos de sabor fuerte para combatir la pérdida del gusto.
En un mes, el esqueleto humano se extiende completamente en ingravidez, lo que hace que la altura aumente una pulgada. [59] Después de dos meses, los callos en las plantas de los pies se mudan y se caen por falta de uso, dejando una piel nueva y suave. Las partes superiores de los pies, por el contrario, se vuelven en carne viva y dolorosamente sensibles, ya que se frotan contra los pasamanos en los que se enganchan los pies para lograr estabilidad. [103] Las lágrimas no se pueden derramar mientras se llora, ya que se pegan formando una bola. [104] En microgravedad, los olores impregnan rápidamente el ambiente, y la NASA descubrió en una prueba que el olor a jerez con crema desencadenaba el reflejo nauseoso. [102] Varias otras molestias físicas, como dolor de espalda y abdominal, son comunes debido al reajuste a la gravedad, donde en el espacio no había gravedad y estos músculos podían estirarse libremente. [105] Estos pueden ser parte del síndrome de astenización reportado por cosmonautas que viven en el espacio durante un período prolongado de tiempo, pero que los astronautas consideran anecdótico. [106] La fatiga, la apatía y las preocupaciones psicosomáticas también forman parte del síndrome. Los datos no son concluyentes; sin embargo, el síndrome parece existir como una manifestación del estrés interno y externo que deben afrontar las tripulaciones en el espacio. [107]
Los efectos psicológicos de vivir en el espacio no han sido analizados con claridad, pero existen analogías en la Tierra, como las estaciones de investigación y los submarinos del Ártico . El enorme estrés que sufre la tripulación, sumado a la adaptación del cuerpo a otros cambios ambientales, puede provocar ansiedad, insomnio y depresión. [108]
Hay pruebas considerables de que los factores de estrés psicosocial se encuentran entre los impedimentos más importantes para la moral y el rendimiento óptimos de la tripulación. [109] El cosmonauta Valery Ryumin , dos veces Héroe de la Unión Soviética, cita este pasaje de "El manual del himen" de O. Henry en su libro autobiográfico sobre la misión Salyut 6: "Si quieres instigar el arte del homicidio, simplemente encierra a dos hombres en una cabina de dieciocho por veinte pies durante un mes. La naturaleza humana no lo soportará". [110]
El interés de la NASA por el estrés psicológico provocado por los viajes espaciales, estudiado inicialmente cuando comenzaron sus misiones tripuladas, se reavivó cuando los astronautas se unieron a los cosmonautas en la estación espacial rusa Mir. Las fuentes comunes de estrés en las primeras misiones estadounidenses incluían mantener un alto rendimiento bajo el escrutinio público, así como el aislamiento de los compañeros y la familia. En la ISS, esto último sigue siendo a menudo una causa de estrés, como cuando la madre del astronauta de la NASA Daniel Tani murió en un accidente automovilístico, y cuando Michael Fincke se vio obligado a perderse el nacimiento de su segundo hijo. [107]
La cantidad y calidad del sueño que se experimenta en el espacio es deficiente debido a los ciclos de luz y oscuridad altamente variables en las cubiertas de vuelo y a la mala iluminación durante las horas diurnas en la nave espacial. Incluso el hábito de mirar por la ventana antes de acostarse puede enviar mensajes erróneos al cerebro, lo que da como resultado patrones de sueño deficientes. Estas alteraciones del ritmo circadiano tienen efectos profundos en las respuestas neuroconductuales de la tripulación y agravan el estrés psicológico que ya experimentan. El sueño se altera regularmente en la ISS debido a las exigencias de la misión, como la programación de los vehículos espaciales que llegan o salen. Los niveles de sonido en la estación son inevitablemente altos porque la atmósfera no puede termosifonarse ; se requieren ventiladores en todo momento para permitir el procesamiento de la atmósfera, que se estancaría en el entorno de caída libre (gravedad cero). El cincuenta por ciento de los astronautas del transbordador espacial tomaron pastillas para dormir y aún así durmieron 2 horas menos cada noche en el espacio que en tierra. La NASA está investigando dos áreas que pueden proporcionar las claves para dormir mejor, ya que un mejor sueño reduce la fatiga y aumenta la productividad durante el día. Constantemente se debaten diversos métodos para combatir este fenómeno. [111]
Un estudio del vuelo espacial más largo concluyó que las primeras tres semanas representan un período crítico en el que la atención se ve afectada negativamente debido a la demanda de adaptarse al cambio extremo del entorno. [112] Mientras que las tres tripulaciones del Skylab permanecieron en el espacio 1, 2 y 3 meses respectivamente, las tripulaciones de largo plazo en Salyut 6, Salyut 7 y la ISS permanecen alrededor de 5 a 6 meses, mientras que las expediciones MIR a menudo duraron más. El entorno de trabajo de la ISS incluye un estrés adicional causado por vivir y trabajar en condiciones de hacinamiento con personas de culturas muy diferentes que hablan diferentes idiomas. Las estaciones espaciales de primera generación tenían tripulaciones que hablaban un solo idioma, mientras que las estaciones de segunda y tercera generación tienen tripulaciones de muchas culturas que hablan muchos idiomas. La ISS es única porque los visitantes no son clasificados automáticamente en categorías de "anfitriones" o "invitados" como en las estaciones y naves espaciales anteriores, y pueden no sufrir sentimientos de aislamiento de la misma manera.
La suma de la experiencia humana ha dado como resultado la acumulación de 58 años solares en el espacio y una comprensión mucho mejor de cómo se adapta el cuerpo humano. En el futuro, la industrialización del espacio y la exploración de planetas interiores y exteriores requerirán que los humanos soporten períodos cada vez más largos en el espacio. La mayoría de los datos actuales provienen de misiones de corta duración, por lo que algunos de los efectos fisiológicos a largo plazo de vivir en el espacio aún son desconocidos. Se estima que un viaje de ida y vuelta a Marte [56] con la tecnología actual implica al menos 18 meses solo en tránsito. Saber cómo reacciona el cuerpo humano a tales períodos de tiempo en el espacio es una parte vital de la preparación para tales viajes. Las instalaciones médicas a bordo deben ser adecuadas para hacer frente a cualquier tipo de trauma o emergencia, así como contener una gran variedad de instrumentos médicos y de diagnóstico para mantener a la tripulación sana durante un largo período de tiempo, ya que estas serán las únicas instalaciones disponibles a bordo de una nave espacial para hacer frente no solo a los traumas sino también a las respuestas adaptativas del cuerpo humano en el espacio.
Hasta el momento, sólo seres humanos sometidos a pruebas rigurosas han experimentado las condiciones del espacio. Si algún día comienza la colonización de otros planetas , muchos tipos de personas estarán expuestas a estos peligros, y los efectos en los muy jóvenes son completamente desconocidos. El 29 de octubre de 1998, John Glenn, uno de los Mercury 7 originales, regresó al espacio a la edad de 77 años. Su vuelo espacial, que duró 9 días, proporcionó a la NASA información importante sobre los efectos de los vuelos espaciales en las personas mayores. Factores como los requisitos nutricionales y los entornos físicos que hasta ahora no se han examinado cobrarán importancia. En general, hay pocos datos sobre los múltiples efectos de vivir en el espacio, y esto dificulta los intentos de mitigar los riesgos durante una estancia espacial prolongada. En la actualidad, se están utilizando bancos de pruebas como la Estación Espacial Internacional para investigar algunos de estos riesgos.
El entorno del espacio es todavía en gran medida desconocido y es probable que existan peligros aún desconocidos. Mientras tanto, tecnologías futuras como la gravedad artificial y sistemas de soporte vital biorregenerativo más complejos podrían algún día mitigar algunos riesgos.
En una cámara gigante sin aire, pueden suceder todo tipo de cosas malas.
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