¿Qué efectos tienen los vuelos espaciales en los astronautas? Esto es lo que sabemos

En las últimas cinco décadas, menos de 700 personas han volado al espacio. Casi todos ellos eran astronautas formados profesionalmente y en condiciones físicas similares. Y la mayoría eran hombres. Pero algo cambió en 2021, año en el que voló la primera misión espacial con cuatro astronautas civiles, es decir, no astronautas de agencias gubernamentales. Esto abrió un nuevo camino para los científicos que estudian los efectos de los vuelos espaciales en la biología humana.

El 11 de junio de 2024, más de 200 de esos investigadores publicaron un conjunto de 44 artículos en varias revistas de Nature. Estos artículos están ayudando a construir una base, una especie de referencia, para entender no sólo cómo afecta al cuerpo humano estar en el espacio, sino también cómo los científicos pueden mitigar esos efectos.

La humanidad está muy lejos de ser una especie interplanetaria, pero éste es "el primer paso de lo que serán muchos pasos para prepararnos para la Luna y Marte", afirma Christopher Mason, biofísico y médico de Weill Cornell Medicine (Estados Unidos) que dirigió la acumulación de datos y el análisis de los artículos.

Estos datos también muestran a los científicos cómo reacciona el cuerpo humano en situaciones de estrés extremo, tanto físico como cognitivo. "Realmente necesitamos saber cómo reacciona la condición humana" ante la radiación y las fuerzas de aceleración extremas, además de los cambios en el ritmo circadiano del cuerpo, o ciclo del sueño, dice el genetista de Stanford (EE. UU.) Michael Snyder, que no participó en estos trabajos recientes.

Estos variados estudios demuestran que unos pocos días en el espacio afectan a la biología de formas que no parecen tener marcha atrás. Y empiezan a insinuar diferencias entre mujeres y hombres.

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Estudiar el cuerpo en el espacio

Las investigaciones sobre la salud en el espacio comenzaron cuando las misiones espaciales humanas emprendieron el vuelo en la década de 1960. Los astronautas del Apolo llevaban arneses con biosensores para controlar el corazón y los pulmones y se sometían a minuciosos exámenes físicos y pruebas antes y después del vuelo. Los astronautas experimentaron dolores de espalda por la microgravedad, destellos de luz por la radiación y otros cambios en su salud. Pero esto fue sólo el principio.

Durante las dos últimas décadas, la Estación Espacial Internacional (ISS) ha servido de laboratorio biológico en órbita para investigar desde cambios bacterianos hasta pérdida ósea y deformación cerebral. Luego, en 2015, los biólogos tuvieron la oportunidad única de comprender mejor cómo el entorno del medio espacial afecta a la biología en las escalas más pequeñas. En un experimento que la NASA denominó Estudio de Gemelos, un astronauta, Scott Kelly, embarcó en la ISS durante un año y su gemelo idéntico, Mark Kelly, también astronauta, permaneció en tierra.

Al comparar directamente a gemelos idénticos, los biólogos podían estudiar los efectos genéticos del espacio. Cuando Scott regresó a la Tierra, sus telómeros, los extremos de los cromosomas que protegen el material genético, se habían alargado. 

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Pero Scott Kelly sólo fue una muestra de un solo viajero espacial. Además, la mayoría de los astronautas de las décadas de estudios científicos anteriores eran hombres estadounidenses o rusos que se habían entrenado durante años para hacer el viaje al espacio.  

Una misión de SpaceX en 2021, Inspiration4, brindó a los investigadores la oportunidad de estudiar la salud espacial en viajeros espaciales más variados. La misión, denominada Inspiration4, contaría con cuatro astronautas privados, que en conjunto abarcan una mayor variedad de edades, ascendencias y antecedentes biomédicos. "Son representativos de una franja más amplia de la humanidad", afirma Mason.

Mason y muchos de sus colegas en la nueva colección de artículos también habían trabajado en el Estudio de Gemelos. El equipo ya disponía de un conjunto de experimentos que habían volado en el espacio y que "habían sido validados hasta la saciedad, en astronautas", afirma Mathias Basner, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pensilvania (EE. UU.), que estudia el comportamiento y la cognición humanos. Para la misión Inspiration4, los investigadores perfeccionaron esas pruebas con el fin de estudiar un conjunto más amplio del sistema biológico humano.  

El equipo examinó muestras de sangre, orina, heces, saliva y sudor, además de biopsias de piel. También incluyeron un conjunto de pruebas cognitivas y de comportamiento, y datos sobre el sueño. Estas pruebas se realizaron antes, durante y después del vuelo. Y todos esos datos se introdujeron en una creciente base de datos biométricos, conocida como Space Omics and Medical Atlas (SOMA), organizada y mantenida por Mason y sus colegas.  

El catálogo, publicado en junio, incluye datos detallados recogidos en la última década de docenas de astronautas de la NASA y la Agencia Espacial Japonesa, 12 viajeros espaciales privados (cuatro de ellos en la misión Inspiration4) y un grupo de control de 10 personas que escalaron el Everest. Los investigadores también utilizaron datos de animales procedentes de experimentos a bordo de la ISS para comprender mejor los efectos del espacio en el organismo.

"Ahora empezamos a tener una idea general de cuáles son nuestras mediciones de referencia para los análisis de sangre, la radiación y lo que ocurre en los genes y el sistema inmunitario" durante los vuelos espaciales, explica Mason.

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Incluso los viajes cortos alteran la biología

El 15 de septiembre de 2021, poco después de las ocho de la tarde, hora del Este, despegó la misión Inspiration4 con cuatro astronautas civiles. Unos tres días después, la cápsula y su tripulación amerizaron en el océano Atlántico, frente a las costas de Florida.

Al analizar los datos, uno de los resultados más sorprendentes, dice Mason, fue que "vimos muchas de las mismas firmas de los vuelos espaciales que vimos en misiones más largas". Eso indica que hay una "dosis" de vuelo espacial, que se puede empezar a ver en el cuerpo, añade.

Como en el estudio de los gemelos, los telómeros se alargaron, dice. Los telómeros alargados (probablemente como resultado de la exposición a la radiación, dicen los investigadores) y la activación de los genes relacionados pueden ayudar a proteger el ADN de la radiación dañina.

Muchos cambios no se revirtieron tras regresar a la superficie terrestre, ni siquiera varios meses después. "Uno pensaría que la gente se recuperaría más rápido de lo que lo hizo", dice Snyder.

El microbioma de los astronautas de Inspiration4 también cambió en esos pocos días. "Es intrigante ver lo rápido que su piel se parece a la de los demás y a la de la nave espacial", dice Mason. Mientras que los microbios de la piel de la tripulación se volvieron más parecidos y los de la boca cambiaron, los investigadores no observaron los mismos cambios en sus intestinos.

Aunque la expresión genética y los cambios en el microbioma son algunos de los efectos a escala microscópica del espacio, también hay efectos macroscópicos, como la cognición y el comportamiento. Para comprobar el comportamiento y la capacidad cognitiva durante el vuelo, los investigadores analizaron 10 dominios intelectuales y mentales, dice Basner, como la memoria, la atención, la abstracción, la toma de decisiones de riesgo y el reconocimiento de emociones. "Nuestro comportamiento es como una combinación de todos ellos, pero intentamos desentrañarlo", dice, para ver si uno de esos dominios es más eficaz que otros.

La tripulación del Inspiration4 mostró deterioro cognitivo al principio del vuelo y la media fue impulsada principalmente por un miembro de la tripulación, dice Basner. La cognición se estabilizó durante el resto del vuelo y volvió a la normalidad cuando la tripulación regresó a tierra. En cuanto al comportamiento, la tripulación se mostró más positiva después del vuelo, añade. "Pero eso sólo indicaba que estaban contentos de haber llegado" a tierra sanos y salvos.

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Comparación entre mujeres y hombres

La base de datos SOMA es de libre acceso, a disposición de los biólogos para su propia investigación. "Cada uno viene con su propia perspectiva", dice Mason: "Ven la biología a través de su propia lente, y luego ven las preguntas con su propia perspectiva".

Así se involucró Begum Mathyk, doctora en obstetricia y ginecología de la Universidad del Sur de Florida (EE. UU.). "Para mí no hay mucha diferencia entre defender la salud de la mujer en la Tierra o más allá", afirma.

El análisis de las muestras de sangre y orina de Inspiration4 realizado por Mathyk y sus colegas reveló cambios en los genes relacionados con la hormona estrógeno, que interviene en el sistema reproductor, pero también en los músculos, el cerebro y otros sistemas corporales. Descubrieron cambios genéticos en el funcionamiento de las reacciones relacionadas con el estrógeno en el espacio, con más cambios en las células B de las mujeres que en las de los hombres. Las células B están relacionadas con las enfermedades autoinmunes, que suelen afectar más a las mujeres que a los hombres. Estos cambios hormonales también afectan a las respuestas del organismo a las infecciones, afirma Mathyk.

Los genes relacionados con la forma en que la insulina regula el azúcar en sangre también cambiaron durante esos pocos días en el espacio. "Estos cambios sugieren que los vuelos espaciales pueden alterar el metabolismo y el sistema inmunitario", añade Mathyk. También observaron otros cambios en las células inmunitarias, que tardaron más en volver a la normalidad en los varones que en las mujeres una vez finalizado el vuelo. Estas células están relacionadas con la reacción del organismo ante la inflamación y algunas también con la coagulación de la sangre.

Aunque la microbiología mostró ligeras diferencias entre hombres y mujeres, no hubo diferencias de comportamiento o cognitivas entre sexos, dice Basner.

La radiación puede tener efectos negativos en los ovarios y el útero, y mantener los ciclos de sueño en el espacio es importante para que el sistema reproductor funcione, subrayan Mathyk y sus colegas en un artículo de revisión en el que analizan los datos de la tripulación de Inspiration4, los astronautas de JAXA y los animales. Los estudios sobre ratones y sus embriones sugieren que el espacio es un "entorno desfavorable" para la reproducción, afirma. "Pero no es fácil concluir o proyectar todos los datos al ser humano, porque somos más complejos", añade Mathyk.

Los investigadores dispondrán pronto de más datos. Mathyk forma parte de una propuesta para hacer volar un dispositivo portátil de ultrasonidos en una próxima misión de SpaceX para obtener imágenes de los órganos reproductores femeninos, incluidos el útero y los ovarios. Y otras misiones privadas y gubernamentales están incorporando estas pruebas.

Además, la base de datos SOMA ya está creciendo. Ahora contiene información biológica de los vuelos privados Axiom-2 y las muestras previas al vuelo de Polaris Dawn, cuyo lanzamiento está previsto para este verano. Los investigadores también añadirán datos de Axiom-3 a finales de este verano, dice Mason.

Más allá de la simple comprensión de la biología del cuerpo humano en el espacio, el atlas y el trabajo resultante podrían conducir a formas de contrarrestar estos efectos, incluida la adaptación de medicamentos específicos a los antecedentes genéticos de cada persona. "Hay mucho más por venir", afirma Mason.