¿Por qué cambia la materia gris de los astronautas en el espacio?

La parte superior muestra cambios cerebrales vinculados al reposo en cama de larga duración, en un promedio de 18 casos estudiados. La parte inferior de la imagen muestra los cambios cerebrales causados por los vuelos espaciales, en promedio entre 27 astronautas. El color naranja muestra las regiones en las que hubo incrementos de materia gris, y el azul la disminución de materia gris. Si bien podemos advertir que hay zonas de superposición, es evidente que hay zonas, en el cerebelo, por ejemplo, que muestran diferencias notables debido a los vuelos espaciales, que los científicos vinculan al aprendizaje de nuevas habilidades motoras. Crédito de la imagen: Rachael Seidler et al.
La parte superior muestra cambios cerebrales vinculados al reposo en cama de larga duración, en un promedio de 18 casos estudiados. La parte inferior de la imagen muestra los cambios cerebrales causados por los vuelos espaciales, en promedio entre 27 astronautas. El color naranja muestra las regiones en las que hubo incrementos de materia gris, y el azul la disminución de materia gris. Si bien podemos advertir que hay zonas de superposición, es evidente que hay zonas, en el cerebelo, por ejemplo, que muestran diferencias notables debido a los vuelos espaciales, que los científicos vinculan al aprendizaje de nuevas habilidades motoras. Crédito de la imagen: Rachael Seidler et al.

Científicos investigan los cambios en la materia gris de los astronautas que viajaron al espacio en vuelos de dos semanas a seis meses de duración, con la intención de aplicar los conocimientos obtenidos en personas con macrocefalia, problemas de movilidad durante el envejecimiento, o la enfermedad de Parkinson, entre otras.

Conocí el artículo a través de la Fan Page del astronauta canadiense retirado Chris Hadfield, el primer habitante de su país en hacer una caminata espacial y también en comandar la Estación Espacial Internacional. “No sé qué pensar. Miren las partes del cerebro en que he perdido materia gris, y en las que he ganado”, indicó.

Encuentro aquí varias cuestiones interesantes. Por un lado, creo que los astronautas no sólo cambian su aspecto físico, también mental y tal vez espiritual luego de haber estado en el espacio. Por qué, si no fuera así, muchos de ellos que son marinos, pilotos de combate o integrantes de otras fuerzas armadas, cuando regresan a la superficie terrestre, nos hablan de un mundo que desde el espacio no muestra fronteras ni diferencias políticas, religiosas, sí de poderío económico, porque las ciudades están muy iluminadas artificialmente.

Captura de pantalla de la Fan Page del astronauta Chris Hadfield, donde divulgó el estudio sobre los cambios de forma de los cerebros de los astronautas.
Captura de pantalla de la Fan Page del astronauta Chris Hadfield, donde divulgó el estudio sobre los cambios de forma de los cerebros de los astronautas.

Por otra parte, es necesario que la actividad espacial vuelque a la sociedad atrapada en la gravedad terrestre nuevos conocimientos científicos que puedan mejorar sus condiciones de vida. Y de los recursos millonarios derivados de esas aplicaciones, tal vez surjan aportes para soportar las muy costosas misiones espaciales; el asiento de un astronauta en las naves espaciales rusas Soyuz, le cuesta a la NASA alrededor de 80 millones de dólares. Y sólo incluye los viajes de ida y vuelta a la Estación Espacial Internacional.

Cambios en las condiciones de vida

Estudios de ADN han comprobado que compartimos información mitocondrial con poblaciones ancestrales que estuvieron establecidas en diversos lugares del mundo. Nuestro cuerpo ha mutado por generaciones no sólo por el aporte derivado del entrecruzamiento de razas, sino también por la adaptación a las condiciones medioambientales en que desarrollamos nuestras actividades cotidianas.

Poblaciones antiguas aisladas por grandes extensiones de hielo, erupciones volcánicas, terremotos, inundaciones masivas, se adaptaron integralmente a esos entornos. En el espacio, según el estudio científico, los astronautas inscrementan materia gris en las áreas cerebrales relacionadas con la actividad de las piernas.

Sabíamos que los astronautas sufren cambios en la forma y funcionalidad de sus corazones, en la masa muscular, y en la densidad ósea. Sufren problemas oculares, y la ausencia de gravedad causa que la columna vertebral ‘se extienda’, por lo cual, varios de los viajeros al espacio son más altos cuando regresan del espacio.

Mencionábamos antes las aplicaciones científicas, farmacológicas, las prótesis que podrían derivar de la investigación de estos cambios en los cuerpos de los expedicionarios espaciales. Pienso en aquellos que sufren pinzamientos lumbares, o tremendos dolores motores por el rozamiento entre sí de las piezas óseas.

Me abstengo de mencionar que estos cambios tengan un significado negativo en la vida de los astronautas. Seguramente lo son, porque luego de los días o meses que pasan en el espacio, regresan a la superficie terrestre, y habrá que ver si esos cambios remiten o no. Con el actual desarrollo científico, develar ese impacto demandará décadas. Y si se logra viajar a otro planeta, por caso Marte, ¿los estudios se centrarán más en la adaptación a ese nuevo destino o seguiremos mirando al pasado? Asomándome a la disposición humana de avanzar, en ocasiones sin concluir etapas, creo que iremos por la primera opción.

Cerebros que se comprimen y se expanden

El color azul muestra áreas de disminución del volumen de materia gris, probablemente debido al desplazamiento del líquido cefalorraquídeo. El color naranja muestra regiones de aumento del volumen de materia gris, en las regiones que controlan el movimiento de las piernas. Esto probablemente refleja la plasticidad cerebral asociada con "aprender a moverse en microgravedad". Crédito de la imagen: Rachael Seidler et al.
El color azul muestra áreas de disminución del volumen de materia gris, probablemente debido al desplazamiento del líquido cefalorraquídeo. El color naranja muestra regiones de aumento del volumen de materia gris, en las regiones que controlan el movimiento de las piernas. Esto probablemente refleja la plasticidad cerebral asociada con “aprender a moverse en microgravedad”. Crédito de la imagen: Rachael Seidler et al.

El informe científico de la Universidad de Michigan señala que los cerebros de los astronautas se comprimen y se expanden durante las misiones espaciales. Así lo arrojó un estudio de 27 astronautas, 13 de los cuales estuvieron dos semanas de misión en los diferentes Transbordadores Espaciales, y 14 permanecieron seis meses en la Estación Espacial Internacional. La información fue obtenida del Monitoreo de Vida de la Salud del Astronauta (LSAH, por Lifetime Surveillance of Astronaut Health, de la NASA.

Las resonancias magnéticas correspondían a astronautas de 40 a 60 años de edad, que tenían una experiencia previa de misiones espaciales de 0 a 300 días. En 21 de los 27 casos, los análisis sensoriales y con resonancias magnéticas fueron realizados en los dos días inmediatos siguientes al vuelo espacial.

Rachael Seidler
Rachael Seidler

Rachael Seidler es profesora de Kinesiología y Psicología en la Universidad de Michigan, con aplicación en gerontología, en enfermedades neuromotrices. Cree que los hallazgos de esta investigación podrían tener aplicaciones para el tratamiento de otras condiciones de salud que afectan la función cerebral. En lo personal espero que tomemos el camino adecuado, el alejado de la fabricación de quimeras.

El estudio fue publicado en Nature Microgravity, que se cree es el primero en examinar los cambios estructurales que tienen lugar en los cerebros de los astronautas durante sus misiones espaciales, encontró que el volumen de materia gris de estos hombres y mujeres aumentó o disminuyó, y, obviamente, la magnitud de la alteración dependió de la duración del tiempo en el espacio.

Seidler y sus colegas examinaron resonancias magnéticas estructurales en 12 astronautas que pasaron dos semanas – la duración de las misiones de los Transbordadores Espaciales– como miembros del complejo orbital espacial, y otros 14 que pasaron seis meses en la Estación Espacial Internacional. Todos experimentaron aumentos y disminuciones de la materia gris en distintas partes del cerebro, con cambios más pronunciados mientras más tiempo pasaron en el espacio.

Esta figura muestra los efectos de las dosis de respuesta del cerebro a los vuelos espaciales. Las zonas azules muestran una mayor disminución de materia gris entre astronautas que permanecieron en la Estación Espacial Internacional que entre aquellos que estuvieron un par de semanas como tripulantes de los Transbordadores Espaciales. Crédito de la imagen: Rachael Seidler et al.
Esta figura muestra los efectos de las dosis de respuesta del cerebro a los vuelos espaciales. Las zonas azules muestran una mayor disminución de materia gris entre astronautas que permanecieron en la Estación Espacial Internacional que entre aquellos que estuvieron un par de semanas como tripulantes de los Transbordadores Espaciales. Crédito de la imagen: Rachael Seidler et al.

“Encontramos grandes regiones de disminución del volumen de materia gris, que podrían estar relacionadas con la redistribución del líquido cefalorraquídeo en el espacio. Allí “la gravedad no está disponible para llevar fluidos hacia abajo en el cuerpo, dando lugar a la llamada cara hinchada en el espacio. Esto puede dar lugar a un cambio de la posición del cerebro o la compresión”, indicó Seidler. (Mientras leía esta parte del informe divulgado por la universidad estadounidense, recordé que algunos astronautas bromeaban sobre el hecho que vivir y trabajar en el espacio por seis meses, causaba la desaparición de las arrugas de sus caras).

Variaciones en la materia gris por la microgravedad

No debería sorprendernos que los investigadores hallaran incrementos en el volumen de materia gris en las regiones que controlan el movimiento de las piernas y procesan la información sensorial de las piernas, lo que puede reflejar cambios relacionados con el cerebro aprendiendo a moverse en la microgravedad. Los cambios fueron mayores en aquellos astronautas en misiones prolongadas en la Estación Espacial porque sus cerebros pasan las 24 horas aprendiendo y adaptándose a que deben utilizar sus piernas de una manera diferente, y no a llevar todo el peso sobre sus piernas, como sucede con nosotros en la superficie terrestre. (Los astronautas sufren muchos dolores en el empeine del pie en los primeros días en la Estación Espacial, porque allí no hay arriba ni abajo, y deben sujetarse de los pasamanos con sus empeines. Ya de regreso en la superficie terrestre, astronautas -que son médicos- revelaron que sufren muchos dolores, por semanas, en el coxis, por ejemplo. Porque en el espacio no se sentaron durante semanas o meses, sino que hasta dormían ‘colgados’ o ‘suspendidos’ en una especie de bolsa de dormir en cubículos muy pequeños).

Seidler consideró que el resultado sobre los cambios cerebrales vinculados a la utilización de las piernas en el espacio “es interesante porque incluso si amas hacer algo no vas a practicar más de una hora al día”. Y en la Estación Espacial, los astronautas no tienen alternativas: durante semanas, o meses, según la duración de las misiones, no hay arriba y abajo; no hay gravedad. Así que los cambios cerebrales están relacionados con una nueva habilidad aplicada las veinticuatro horas del día. “En el espacio, vemos un ejemplo extremo de neuroplasticidad en el cerebro porque estás en un ambiente de microgravedad las 24 horas del día”, insistió Seidler.

A pesar de que los científicos no han logrado identificar, hasta el momento, la naturaleza exacta de los cambios, los resultados obtenidos pueden abrir nuevos caminos para entender ciertas condiciones de salud -por ejemplo, para las personas que están en reposo en cama por largos períodos o para quienes tienen hidrocefalia de presión normal, una condición en la que líquido cefalorraquídeo se acumula en los ventrículos en el cerebro y provoca presión.

Seidler dijo que los cambios cerebrales podrían reflejar nuevas conexiones entre las neuronas, y está encabezando otro estudio a largo plazo que ayudará a determinar las repercusiones en la cognición y el rendimiento físico, así como cuánto tiempo duran los cambios del cerebro. Por ejemplo, incluso después del regreso a la superficie terrestre, el cerebro todavía podría utilizar vías diferentes para compensar los cambios estructurales del cerebro causados por el vuelo espacial.

“El comportamiento puede volver a la normalidad, pero la forma en que el cerebro controla el comportamiento puede cambiar”, señaló la investigadora.

Los resultados con las resonancias magnéticas de astronautas que fueron al espacio van en paralelo a hallazgos de un estudio de reposo en cama a largo plazo que está llevando a cabo Seidler, en el que los voluntarios pasaron hasta tres meses en posición inclinada hacia abajo, a consecuencia de lo cual el cerebro se desplazó hacia la parte superior del cráneo. (Hay que indicar que como parte de las evaluaciones médicas previas a las misiones espaciales, e incluso como parte del entrenamiento, los astronautas son colocados en camas con las piernas elevadas, para analizar su respuesta a estas condiciones).

La investigación es apoyada por una subvención de medio millón de dólares realizado por la NASA.

El estudio, “Brain structural plasticity with spaceflight”, de Vincent Koppelmans, Jacob J. Bloomberg, Ajitkumar P. Mulavara y Rachael D. Seidler apareció en la revista Nature Microgravity.

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