El astronauta Scott Kelly fue sometido a un exhaustivo seguimiento médico, mientras que su hermano gemelo se quedó en la Tierra para ver los cambios que tenían ambos organismos.
Pasar 340 días a bordo de la Estación Espacial Internacional entre 2015 y 2016 causó cambios en el cuerpo del astronauta Scott Kelly, desde su peso hasta sus genes, de acuerdo con los resultados del Estudio de los Gemelos de la NASA, publicado este 11 de abril.
La mayoría de los cambios que ocurrieron en el cuerpo de Kelly, en comparación con su hermano idéntico, Mark, en la Tierra, volvieron a la normalidad cuando regresó del espacio. Los resultados del estudio sugieren que la salud humana puede ser “mayormente estable” durante un año en el espacio, dijeron los investigadores.
En una llamada con reporteros este jueves, Mark agradeció a Scott por su servicio al país y su compromiso con la ciencia al pasar un año en el espacio sin saber cómo lo afectaría.
“Obtuve toda la gloria, y tú obtuviste todo el trabajo”, dijo Scott, reprendiendo a su gemelo.
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“Y tengo gente que viene a mi casa a buscar tubos de sangre”, respondió Mark en referencia a las muestras científicas tomadas durante la misión de Scott; Scott estaba recogiendo las mismas muestras de sí mismo para enviarlas a los investigadores de la Tierra.
Los resultados muestran “la resistencia y robustez del cuerpo humano”, dijo Steven Platts, científico jefe adjunto del Programa de Investigación Humana de la NASA, que coordinó el estudio.
Casualmente, los resultados se publican justo a tiempo para el 58 aniversario del primer vuelo espacial tripulado por el cosmonauta soviético Yuri Gagarin.
Pero el tan esperado estudio revela áreas que pueden requerir medidas de seguridad al prepararse para misiones espaciales más largas o misiones al espacio profundo, como Marte.
Los cambios moleculares, fisiológicos y de comportamiento se dividieron en grupos de bajo, medio y alto riesgo. El cambio de Scott en la masa corporal y el microbioma se consideraron de bajo riesgo. Los cambios en la regulación del colágeno y el manejo de los fluidos de los vasos sanguíneos fueron de nivel medio, y la inestabilidad genómica se consideró potencialmente de alto riesgo.
“Cuando vamos al espacio y experimentamos la microgravedad y viajamos a velocidades de 28.160 kilómetros por hora, nuestros cuerpos se adaptan y continúan funcionando y, en general, funcionan extremadamente bien”, dijo Platts.
El estudio, que incluye el trabajo de 84 científicos que conformaron 10 equipos de 12 universidades en ocho estados, todos estudiando diferentes aspectos del cuerpo humano en el espacio, se publicó este jueves en la revista Science. Los datos incluyeron mediciones cognitivas, datos fisiológicos y 27 meses de muestras de ambos hermanos, incluidos sangre, plasma, orina y heces.
Sin embargo, hay factores limitantes para el estudio, dijeron los investigadores.
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El trabajo refleja solo a Scott y Mark Kelly, y los resultados no se corroborarán con otros astronautas, aclaró el investigador. Scott también estaba todavía dentro del escudo protector del campo magnético de la Tierra en la estación espacial, no bombardeado por la radiación del espacio profundo.
“De acuerdo con el estudio, es imposible atribuir la causalidad al vuelo espacial versus un evento coincidente”, por lo que los investigadores consideran que su trabajo es “generador de hipótesis y que define un marco” que se beneficiará de más investigaciones en el futuro. Pero también creen que es el “amanecer de la genómica humana en el espacio”, según el doctor Andy Feinberg, investigador principal y profesor de medicina de la Escuela de Medicina Johns Hopkins.
“El Estudio de los Gemelos ha sido un paso importante hacia la comprensión de la epigenética y la expresión génica en los vuelos espaciales humanos”, dijo JD Polk, director de Salud y médico de la sede de la NASA. “Esto ha ayudado a informar la necesidad de una medicina personalizada y su papel en mantener a los astronautas sanos durante la exploración del espacio profundo, a medida que la NASA avanza a la Luna y viaja a Marte”.
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Mark Kelly dijo que espera que suceda en su vida. “Incluso me ofrecería voluntariamente a ser la persona a la que iríamos ahora que sabemos esto sobre mi hermano Scott”.
Pero tendrá que competir su hermano por ese honor. “Estoy listo para partir. Pónganme en un vuelo de dos años”, dijo Scott.
Un año en el espacio hizo que la arteria carótida de Scott se engrosara, el daño en el ADN, los cambios en la expresión génica, el engrosamiento de la retina, los cambios en los microbios intestinales, la reducción de las capacidades cognitivas y un cambio estructural en los extremos de los cromosomas llamados telómeros. Pero no alteró ni mutó su ADN.
Recibir una vacuna contra la gripe en el espacio también funcionó exactamente igual que en la Tierra. La nutrición y el ejercicio en la estación causaron pérdida de peso y un aumento en el ácido fólico que causó la producción vital de glóbulos rojos.
Los cambios en la expresión génica se conectaron a los sistemas de reparación de ADN y al sistema inmunológico. Más de 1.000 genes cambiaron tan pronto como Scott llegó al espacio. Se esperaban algunos de los cambios, como los relacionados con la formación ósea o la reparación del ADN, porque los astronautas pierden la densidad ósea en el espacio y la radiación daña el ADN. Pero los cambios en los genes del sistema inmune y mitocondrial, que ayudan a producir energía y proteger el cuerpo, sugieren que el vuelo espacial a largo plazo aumenta el estrés en el cuerpo. También hubo evidencia de estrés celular.
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Esto revela que el sistema inmunológico de Scott estaba en alerta máxima en respuesta a su cambio ambiental, dijeron los investigadores.
“La expresión génica cambió dramáticamente”, dijo Christopher Mason, uno de los autores del estudio y profesor asociado de fisiología y biofísica en Weill Cornell Medicine. “Si bien muchos de los cambios se revirtieron después de que Scott regresó a la Tierra, quedaron algunos, incluidos déficits cognitivos, daños en el ADN y algunos cambios en la activación de las células T. Todavía no sabemos si estos cambios son buenos o malos. Esto podría ser “Cómo responde el cuerpo, pero los genes están perturbados, así que queremos ver por qué y rastrearlos para ver por cuánto tiempo”.
También hubo un cambio más dramático en los genes durante la última mitad de la misión en comparación con la primera mitad, con seis veces el número de genes cambiando más adelante.
Mirando a los epigenomas de Scott y Mark solo reveló una diferencia de menos del 5%. Los epigenomas son compuestos químicos que actúan como un interruptor para activar o desactivar genes en el ADN. Los cambios epigenénticos son ajustes a la actividad genética que no cambian el código genético. Para Scott, los cambios involucraron la respuesta de su sistema inmunológico y en marcadores bioquímicos adheridos a la inflamación.
Mientras se encontraba en el espacio, las cápsulas de los extremos de los cromosomas llamados telómeros se alargaban en los glóbulos blancos de Scott. Por lo general, un cambio en la longitud de los telómeros se asocia con el envejecimiento o la enfermedad, y se acortan con la edad. El alargamiento no se esperaba. Los telómeros actúan como un biomarcador para la salud y, ahora, los riesgos a largo plazo de los vuelos espaciales.
Al regresar a la Tierra, los telómeros de Scott se acortaron rápidamente e incluso perdieron longitud en comparación con cómo eran antes de irse a la estación espacial. Esto podría ser un efecto negativo en su salud celular, dijeron los investigadores. Ahora, tiene telómeros más cortos. Los telómeros cortos están asociados con un mayor riesgo de envejecimiento acelerado, enfermedades cardiovasculares y algunos tipos de cáncer, dijo Susan Bailey, autora del estudio y profesora de la Universidad del Estado de Colorado.
Los globos oculares de Scott también cambiaron de forma. Su nervio retiniano se endureció y aparecieron pliegues en la capa coroidea alrededor del ojo. Los cambios están asociados con la claridad de la visión y se han observado en otros astronautas masculinos debido al desplazamiento hacia la fluidez de la gravedad cero. Se llama síndrome neuroocular asociado al espacio o SANS. Ese mismo cambio de líquido causó una distensión de la vena yugular del cuello, más gasto cardíaco y un engrosamiento de la piel de la frente. Esto ejerce una profunda presión sobre las venas, los ojos y los vasos sanguíneos y provoca el drenaje.
El cambio de fluido afectó no solo a sus ojos sino también a su sistema cardiovascular. La pared de la arteria carótida de Scott se engrosó al principio de la misión y se mantuvo así durante el resto del vuelo. Los niveles de colágeno en su sangre cambiaron, lo que se asoció con cambios en los factores de riesgo cardiovascular, pero regresaron a la línea base cuando él volvió.
Mientras que el microbioma intestinal de Scott cambió, la diversidad no, lo que fue alentador para los investigadores. La comparación de las muestras de Scott antes, durante y después del vuelo fue más valiosa que compararlas con las de Mark, dijeron los investigadores. Mientras que en el espacio, la cantidad de bacterias intestinales llamadas firmicutes aumentó, mientras que las bacterias intestinales bacteroidetes disminuyeron. Ambas categorías contienen una mezcla de bacterias buenas y malas.
Los investigadores creen que la gravedad cero causó este cambio. Pero el balance volvió a la normalidad cuando Scott regresó a la Tierra. Las contramedidas para ayudar a mantener este equilibrio en el futuro podrían incluir pre, pro o posbióticos.
La velocidad y precisión cognitivas de Scott disminuyeron en las pruebas posteriores al vuelo y persistieron hasta seis meses después de su regreso.
También hubo un aumento en la respuesta inmune durante el aterrizaje de Scott en la Tierra, que se alinea con un evento tan estresante. Y sus niveles de ácido láctico fueron mayores durante los primeros 15 días y los últimos 14 días del viaje, aunque no se ha identificado el activador exacto.
Pero casi todo volvió a los niveles normales, estables o de referencia seis meses después de que Scott regresó a la Tierra.
Scott dijo que regresar de un año en el espacio era “significativamente diferente” de regresar de una misión de seis meses. “El retorno fue mucho peor que el ajuste” a la estación espacial.
Scott dijo que sentía que tenía gripe durante sus primeros días en la Tierra. Experimentó dolor en las articulaciones y los músculos, hinchazón en la parte inferior de las piernas, urticaria y erupciones en cualquier lugar donde su piel tocara algo, mareos, náuseas y fatiga.
Cree que todo se debió al regreso a la gravedad, a la exposición a diferentes personas y sus sistemas inmunológicos, y a una reacción emocional ante una experiencia tan dramática. Le tomó cerca de seis meses sentir el 100% nuevamente.
“Ha vuelto a la normalidad”, dijo el doctor Mike Snyder, investigador y director del Departamento de Genética de la Universidad de Stanford.
Platts dijo que “si observan los cambios que se observaron en Scott, la gran mayoría de ellos regresaron a la línea de base en un período relativamente corto de tiempo cuando regresó a la Tierra, y los que no regresaron muy rápidamente eran marcadores de cosas que ya sabíamos podían suceder”, como el estrés y los marcadores inflamatorios.
Dijo que el estudio tiene nuevos hallazgos y refuerza lo que se sabía.
Scott propuso la idea al Programa de Investigación Humana de la NASA antes de su misión. Los gemelos son astronautas, pero se presentó una oportunidad única cuando Scott planeaba pasar un año en la estación espacial mientras su hermano permanecía en la Tierra. Sus genes idénticos proporcionarían la comparación perfecta para los investigadores. Y en el futuro, la NASA está proponiendo más misiones de un año para continuar este tipo de investigación y prepararse para misiones más largas a Marte o la Luna.
Después de más de 50 años de vuelo espacial humano, los investigadores conocen algunos de los riesgos que supone para el cuerpo humano estar en gravedad cero. Los astronautas tienen que lidiar con un ambiente estresante, ruido, aislamiento, ritmo circadiano interrumpido, exposición a la radiación y un cambio de fluido hacia la cabeza que ocurre cuando flota y se opone a estar de pie en tierra firme.
El mareo por movimiento del espacio ocurre en las primeras 48 horas, creando pérdida de apetito, mareos y vómitos.
Con el tiempo, los astronautas que permanecen durante seis meses o más en la estación pueden experimentar el debilitamiento y la pérdida de atrofia ósea y muscular. Los astronautas también experimentan pérdida de volumen de sangre, sistemas inmunológicos debilitados y desestabilización cardiovascular, ya que la flotación requiere poco esfuerzo y el corazón no tiene que trabajar tan duro para bombear sangre. Scott y otros astronautas en sus últimos 40 y 50 años también se han quejado de que su visión se ha alterado ligeramente. Algunos de ellos han requerido gafas en vuelo.
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Más adelante, la NASA está enfocada en abordar las amenazas clave para los humanos que viajan en el espacio: aislamiento y confinamiento, radiación, distancia de la Tierra, ambientes hostiles o cerrados y gravedad fluctuante.
“Esto guiará la investigación biomédica futura del espacio y nos permitirá tener un viaje más seguro hacia y desde Marte”, dijo Platts.
Pero estos hallazgos no solo tienen implicaciones para los astronautas. Los pacientes con cáncer también sufren cambios genéticos y exposición a la radiación. Este estudio muestra cómo un cuerpo sano responde y se adapta al estrés, lo que podría separar cómo responde el cuerpo a otros factores estresantes, cáncer o infecciones.
“La ciencia que hacemos en el espacio afecta a nuestra nación durante generaciones”, dijo Mark Kelly.
Además, el estudio arroja luz sobre las respuestas individuales a las vacunas contra la gripe, los cambios relacionados con el medio ambiente en la expresión génica, las enfermedades relacionadas con la presión intracraneal, los trastornos del sistema visual y las enfermedades cardiovasculares como la aterosclerosis.
Bailey, el investigador de telómeros, continuará su trabajo estudiando astronautas en misiones de seis meses y de un año. Comprender los factores individuales detrás de los telómeros podría mostrar qué influye en su dinámica.
“El Estudio de los Gemelos demostró a nivel molecular la resistencia y la solidez de cómo un cuerpo humano se adaptó al entorno de los vuelos espaciales”, dijo Jenn Fogarty, científica en jefe del Programa de Investigación Humana de la NASA. “Este estudio fue un trampolín para la futura investigación del espacio biológico que se centra en los cambios moleculares y en cómo pueden predecir la salud y el rendimiento de los astronautas. Abrió la puerta a nuevas estrategias de investigación que ya se están avanzando en otros estudios”.
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