Han pasado 55 años desde que el astronauta de la NASA John Glenn se lanzó con éxito al espacio para completar tres órbitas a bordo de la nave espacial Friendship 7 Mercury, convirtiéndose en el primer estadounidense en orbitar la Tierra. La evolución de los vuelos espaciales, los avances en ciencia y tecnología y el progreso del público-Las asociaciones comerciales privadas con compañías como Space X y Blue Horizons han fortalecido los objetivos de la NASA y la confianza del público para avanzar en el descubrimiento y la exploración humana.
Más personas hoy están preparadas para explorar el espacio que nunca antes; quienes lo hagan experimentarán los efectos de la microgravedad en el cuerpo humano. Reconociendo la necesidad de datos relacionados con esos efectos, la neurorradióloga del MUSC, Donna Roberts, MD, realizó un estudio titulado "Efectos de los vuelos espaciales en la estructura cerebral de los astronautas como se indica en la resonancia magnética, "cuyos resultados se presentarán en la edición del 2 de noviembre de la New England Journal of Medicine .
"La exposición al ambiente espacial tiene efectos permanentes en los humanos que simplemente no entendemos. Lo que los astronautas experimentan en el espacio debe mitigarse para producir viajes espaciales más seguros para el público", dijo Roberts.
Aunque vivir y trabajar en el espacio puede ser emocionante, el espacio es un ambiente hostil y presenta muchos desafíos fisiológicos y psicológicos para los hombres y mujeres del programa espacial de Estados Unidos. Por ejemplo, los astronautas de la NASA han experimentado una visión alterada y una mayor presión dentro de sus cabezas durantevuelo espacial a bordo de la Estación Espacial Internacional. Estas condiciones pueden ser problemas serios para los astronautas, particularmente si ocurren en órbita terrestre baja a bordo de la Estación Espacial Internacional o lejos de la Tierra, como en una misión de exploración a Marte.
Para describir estos síntomas, la NASA acuñó el término síndrome de presión intracraneal con discapacidad visual, o síndrome VIIP para abreviar. Se cree que la causa del síndrome VIIP está relacionada con la redistribución del fluido corporal hacia la cabeza durante la exposición a microgravedad a largo plazo; sin embargo, se desconoce la causa exacta. Dadas las preocupaciones de seguridad y el impacto potencial para los objetivos de exploración humana, la NASA ha hecho que determinar la causa del síndrome VIIP y cómo resolver sus efectos sea una prioridad principal.
Roberts es profesora asociada de radiología en el Departamento de Radiología y Ciencias Radiológicas en MUSC. Antes de asistir a la escuela de medicina en MUSC, trabajó en la sede de la NASA en Washington, DC. Trabajó con la División de Ciencias de la Vida Espacial de la NASA a principios de la década de 1990.ya consciente de los desafíos que enfrentaron los astronautas durante los vuelos espaciales de larga duración. Le preocupaba la falta de datos que describieran la adaptación del cerebro humano a la microgravedad y propuso a la NASA que se usara la resonancia magnética MRI para investigar la anatomía del cerebrosiguiente vuelo espacial.
Roberts sospechaba que cambios anatómicos sutiles en el cerebro de los astronautas durante los vuelos espaciales podrían estar contribuyendo al desarrollo del síndrome VIIP, según su trabajo anterior. De 2001 a 2004, Roberts dirigió un estudio de reposo en cama de tres años financiado por la NASA, en colaboración conotros investigadores de ciencias de la vida en la Rama Médica de la Universidad de Texas en Galveston. Roberts, un nativo de Carolina del Sur, acababa de completar una beca de dos años en neurorradiología en la Universidad de California en San Francisco.
Para este estudio, examinó los cerebros y las respuestas musculares de los participantes que permanecieron en la cama durante 90 días, durante los cuales se les exigió que mantuvieran la cabeza inclinada continuamente hacia abajo para simular los efectos de la microgravedad.
Usando resonancia magnética funcional, Roberts evaluó la neuroplasticidad cerebral, estudiando la corteza motora del cerebro antes, durante y después del reposo en cama a largo plazo. Los resultados confirmaron que la neuroplasticidad en el cerebro ocurrió durante el reposo en cama, lo que se correlacionó con los resultados funcionales de los sujetos.
Mientras Roberts evaluaba los escáneres cerebrales, vio algo inusual. Notó una ocurrencia de "amontonamiento" en el vértice, o parte superior del cerebro, con estrechamiento de las circunvoluciones y los surcos, las protuberancias y depresiones en el cerebro que le dan suapariencia plegada. Este hacinamiento fue peor para los participantes que estaban en reposo en cama más largo en el estudio.
Roberts también vio evidencia de desplazamiento del cerebro y un estrechamiento del espacio entre la parte superior del cerebro y la mesa interna del cráneo. Ella preguntó si lo mismo podría estar sucediendo con los astronautas durante el vuelo espacial.
En otros estudios, Roberts adquirió escáneres de resonancia magnética cerebral y datos relacionados del programa Lifetime Surveillance of Astronaut Health de la NASA para dos grupos de astronautas: 18 astronautas que habían estado en el espacio por cortos períodos de tiempo a bordo del Transbordador espacial de EE. UU. Y 16 astronautas que habíanestado en el espacio por períodos de tiempo más largos, típicamente tres meses, a bordo de la Estación Espacial Internacional. Roberts y su equipo compararon las imágenes cerebrales de los dos grupos de astronautas.
Roberts y los investigadores del estudio evaluaron los espacios del líquido cefalorraquídeo LCR en la parte superior del cerebro y las estructuras llenas de LCR, llamadas ventrículos, ubicadas en el centro del cerebro. Además, el equipo combinó los clips de cine de resonancia magnética antes y después del vuelode imágenes tridimensionales de alta resolución de 12 astronautas de vuelos de larga duración y seis astronautas de vuelos de corta duración y buscaron cualquier desplazamiento en la estructura del cerebro.
Los resultados del estudio confirmaron un estrechamiento del surco central del cerebro, un surco en la corteza cerca de la parte superior del cerebro que separa los lóbulos parietal y frontal, en el 94 por ciento de los astronautas que participaron en vuelos de larga duración y el 18.8 por ciento de losastronautas en vuelos de corta duración. Los clips de cine también mostraron un desplazamiento ascendente del cerebro y un estrechamiento de los espacios del LCR en la parte superior del cerebro entre los astronautas de vuelo de larga duración pero no en los astronautas de vuelo de corta duración.
Sus hallazgos concluyeron que se producen cambios significativos en la estructura del cerebro durante los vuelos espaciales de larga duración. Más importante aún, las partes del cerebro que están más afectadas, los lóbulos frontal y parietal, controlan el movimiento del cuerpo y la función ejecutiva superior.Cuanto más tiempo permanezca un astronauta en el espacio, peores serán los síntomas del síndrome VIIP.
Roberts comparó estos hallazgos con un síndrome médico similar experimentado por mujeres llamado hipertensión intracraneal idiopática IIH, que afecta a mujeres jóvenes con sobrepeso que presentan síntomas similares al síndrome VIIP: visión borrosa y presión intracraneal alta sin causa conocida.El tratamiento para IIH es realizar una punción lumbar, mediante la cual se drena el LCR con una aguja colocada en la parte inferior de la espalda, un procedimiento realizado por un neurorradiólogo como Roberts. Actualmente, no existe un protocolo para realizar una punción lumbar en un entorno de microgravedad.
Para comprender mejor los resultados del estudio, Roberts y el equipo planean comparar imágenes repetidas después del vuelo de los cerebros de los astronautas para determinar si los cambios son permanentes o si volverán a la línea de base después de algún tiempo en la Tierra. Con el Marte de la NASAmisión de expedición que se lanzará en 2033, existe la urgencia de que investigadores como Roberts recopilen más datos sobre astronautas y comprendan los conceptos básicos de la fisiología espacial humana.
Un viaje a Marte puede tomar de tres a seis meses, en el mejor de los casos. Para reducir el tiempo de viaje entre la Tierra y Marte, los dos planetas deben alinearse favorablemente, lo que ocurre aproximadamente cada dos años.
Durante este período de dos años, los miembros de la tripulación permanecerían en Marte, realizando actividades de exploración. La gravedad en Marte es aproximadamente un tercio de la de la Tierra. Considerando el viaje hacia y desde Marte, junto con el tiempo en la superficie,La tripulación de la expedición marciana estaría expuesta a la gravedad reducida durante al menos tres años, según Roberts. ¿Qué le haría eso al cuerpo humano? ¿Podría un humano sobrevivir tanto tiempo en un entorno de gravedad reducida?
El astronauta de la NASA Scott Kelly pasó 340 días viviendo y trabajando a bordo de la Estación Espacial Internacional, y el astronauta Peggy Whitson completó recientemente una misión de 288 días en el espacio. Hasta la fecha, el tiempo continuo más largo en el espacio fue de 438 días, un registro en poder de Rusiacosmonauta Valery Polyakov.
"Sabemos que estos vuelos de larga duración tienen un gran impacto en los astronautas y cosmonautas; sin embargo, no sabemos si los efectos adversos en el cuerpo continúan progresando o si se estabilizan después de algún tiempo en el espacio", dijo Roberts"Estas son las preguntas que nos interesa abordar, especialmente ¿qué sucede con el cerebro humano y la función cerebral?"
El coautor del estudio y colega del Departamento de Radiología y Ciencias Radiológicas, Michael Antonucci, MD, estuvo de acuerdo. "Este estudio es emocionante en muchos sentidos, particularmente porque se encuentra en la intersección de dos fronteras fascinantes de la exploración humana: el espacio y el cerebro"
"Hemos sabido durante años que la microgravedad afecta al cuerpo de muchas maneras", continuó.
"Sin embargo, este estudio representa la evaluación más completa del impacto de los viajes espaciales prolongados en el cerebro. Los cambios que hemos visto pueden explicar los síntomas inusuales que experimentan los astronautas que regresan a la estación espacial y ayudan a identificar problemas clave en la planificación de una duración más largaexploración espacial, incluidas misiones a Marte "
Roberts espera continuar recolectando datos de seguimiento a largo plazo sobre los astronautas que ya están siendo estudiados. Además, ella participa en un nuevo estudio de reposo en cama en Colonia, Alemania, en colaboración con Racheal Seidler, Ph.D., dela Universidad de Florida y la Agencia Espacial Alemana. El estudio simula a los astronautas que viven a bordo de la Estación Espacial Internacional, mientras están expuestos a niveles más altos de dióxido de carbono. Los depuradores de dióxido de carbono a bordo de la Estación Espacial Internacional limpian y filtran los sistemas de aire en toda la nave espacial, peroqueda algo de CO2. Roberts evaluará el flujo sanguíneo al cerebro, la estructura cerebral y otros cambios entre los sujetos del estudio.
Con el arduo trabajo y la dedicación de su equipo, Roberts espera establecer MUSC como la institución de referencia para futuros estudios en neuroimagen clínica relacionada con la exploración espacial.
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Materiales proporcionados por Universidad de Medicina de Carolina del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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