Es bien sabido que los vuelos espaciales provocan atrofia muscular y otros cambios biológicos en condiciones de gravedad reducida, y especialmente en entornos de gravedad casi nula (microgravedad). Sin embargo, aún no se conoce con precisión el umbral de gravedad necesario para mantener una buena salud muscular en el espacio.
Para comprender mejor los umbrales de gravedad capaces de mitigar los cambios musculares inducidos por los vuelos espaciales, un equipo de científicos realizó un estudio con ratones sobre los efectos de la gravedad reducida. El nuevo estudio, publicado en Science Advances, midió los cambios en la función muscular y otros biomarcadores en ratones expuestos a microgravedad (μG), un tercio de la gravedad terrestre (0,33 g), dos tercios de la gravedad terrestre (0,67 g) y gravedad terrestre simulada en la Estación Espacial Internacional (EEI), y los comparó con un grupo de control en tierra (GC).
Cambios musculares en ratones en gravedad reducida
Los seres humanos hemos evolucionado bajo la gravedad terrestre, y cada paso y cada movimiento de un dedo contrarrestan la fuerza de la gravedad sobre nuestros músculos. Sin esta fuerza gravitatoria, los músculos comienzan a atrofiarse. Esto se debe a una multitud de cambios, incluyendo modificaciones en los tipos de miofibras musculares, cambios metabólicos e incluso la expresión genética.
Dado que la NASA espera enviar humanos a Marte en un futuro próximo, comprender estos cambios y cómo mitigarlos es fundamental. Si bien la anatomía de los ratones y los humanos es diferente, los estudios con ratones pueden sentar las bases para comprender los cambios biológicos en el espacio.
El equipo envió 24 ratones macho a la ISS y los expuso a distintos niveles de gravedad durante 27-28 días utilizando un hábitat equipado con una centrífuga, denominado Sistema de Investigación de Gravedad Artificial Múltiple (MARS). A las pocas horas de que los ratones regresaran, los investigadores analizaron su masa muscular, fuerza de agarre, histología, expresión genética y metabolómica plasmática.
“La fuerza de agarre de las extremidades anteriores, normalizada con respecto al peso corporal, mostró una disminución significativa después del vuelo espacial tanto en el grupo de microgramos (μG) como en el de 0,33 g, en comparación con los niveles previos al vuelo. Por el contrario, no se observaron cambios significativos en los grupos de 0,67 g, 1 g o GC, lo que sugiere que una mayor carga gravitacional durante el vuelo espacial ayuda a prevenir la disminución funcional de la fuerza de las extremidades anteriores”, escribieron los autores del estudio.
Sin embargo, no se observaron cambios significativos en las extremidades posteriores. El músculo sóleo, conocido por su alta susceptibilidad a los cambios gravitacionales, se atrofió significativamente en los ratones de μG y 0,33g en comparación con los de los grupos de 1g y GC. No obstante, el equipo señala que el grupo de 0,67g no presentó diferencias significativas con respecto a los grupos de 1g y GC, lo que indica que 0,67g fue suficiente gravedad para proteger contra la degradación.
Según el estudio, la carga de 0,33 g durante el vuelo espacial tuvo algunos efectos protectores. El área de sección transversal (ASC) promedio de las miofibras del músculo sóleo disminuyó significativamente en el grupo de μG en comparación con los grupos de 1 g y GC, pero solo se redujo ligeramente en los ratones de 0,33 g y 0,67 g en comparación con el grupo de 1 g. Esto sugiere que 0,33 g es al menos parcialmente suficiente para mitigar la atrofia muscular.
Biomarcadores dependientes de la gravedad
El equipo también identificó 11 posibles biomarcadores para determinar los cambios musculares dependientes de la gravedad. Mediante el análisis del perfil metabolómico del plasma, hallaron 11 metabolitos con una tendencia significativa dependiente de la gravedad. Estos podrían utilizarse para predecir la atrofia muscular o el deterioro funcional en condiciones de gravedad reducida o microgravedad en futuras misiones.
Cabe destacar que los niveles de creatina, lactato, glicerol y glutamato aumentaron, mientras que los de varios metabolitos relacionados con los aminoácidos, como la glicina y la betaína, disminuyeron en condiciones de baja gravedad. El aumento de lactato y glicerol indicó una mayor actividad glucolítica y lipólisis. En general, estos hallazgos reflejan una remodelación del metabolismo energético y de los aminoácidos asociada a la gravedad, lo que concuerda con los efectos observados de la gravedad en el músculo esquelético, explicaron los autores del estudio.
El equipo también identificó genes sensibles a la gravedad comparando los resultados de la secuenciación de ARN del grupo μG con los de los grupos 1g y GC. Se observaron varios cambios entre los grupos, algunos de los cuales sugieren que la exposición a μG y 0,33g suprime la síntesis de proteínas y modifica la demanda metabólica entre diferentes procesos. Otros indicaron la activación de vías de atrofia muscular y cambios en las características metabólicas entre distintos tipos de miofibras. En general, sin embargo, los resultados sugirieron efectos protectores a 0,67g y cierta protección parcial a 0,33g, lo que concuerda con otras observaciones.
Lo que esto significa para los humanos
Suponiendo que los humanos tengan respuestas similares a los efectos gravitacionales, un umbral de protección de 0,67 es una mala noticia para las misiones a Marte, ya que la gravedad marciana es de apenas 0,38 g. Por supuesto, puede haber maneras de sortear esta limitación: gravedad artificial y ejercicio. La Luna tiene incluso menos gravedad, 0,17 g, por lo que las misiones de larga duración allí tendrían efectos biológicos aún mayores.
Este estudio presenta limitaciones y los investigadores aún no están seguros de la aplicabilidad de estos resultados a la fisiología humana. Otras limitaciones incluyen un tamaño de muestra pequeño y el uso exclusivo de ratones machos jóvenes adultos. No se estudiaron los efectos a largo plazo, por lo que tampoco está claro si los efectos empeorarían o se estabilizarían en algún momento. Sin embargo, tras estudios de validación en humanos, los biomarcadores identificados en este estudio podrían permitir la monitorización no invasiva de la salud muscular en astronautas e incluso en pacientes con enfermedades musculares.
Fuente: Phys.org.
