¿Cómo afecta la reducción de la gravedad a los músculos y las respuestas nerviosas de los astronautas?

Resumen: Los investigadores revelan cómo los astronautas pueden evitar los problemas neuromusculares que ocurren como resultado de un viaje espacial prolongado.

Fuente: Universidad Doshisha

Entre las muchas funciones que realizan los músculos esqueléticos, una importante es el mantenimiento de nuestra postura. Si no fuera por estos músculos, la atracción gravitatoria de la Tierra podría hacer que nos resulte difícil ponernos de pie y caminar. El grupo de músculos, principalmente presentes en nuestras extremidades, espalda y cuello, que son responsables de mantener nuestra postura y permitirnos movernos contra la fuerza de la gravedad se denominan correctamente músculos ‘antigravedad’.

Pero, ¿qué les sucede a estos músculos cuando no hay gravedad (o una «descarga» de fuerza gravitacional) para que funcionen? La pregunta puede parecer ridícula para algunos, ¡pero no para un astronauta a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS)!

En el espacio exterior, donde la gravedad es mínima, nuestros músculos (especialmente los antigravitatorios) no se utilizan tanto, lo que puede provocar su atrofia y cambios en su estructura y propiedades. De hecho, se sabe que los músculos de la pantorrilla humana se encogen durante los vuelos espaciales.

Entonces, ¿cómo pueden los astronautas evitar estos problemas neuromusculares?

Un equipo de investigadores de Japón, dirigido por el Dr. Yoshinobu Ohira de la Universidad de Doshisha, Japón, se dispuso a encontrar la respuesta.

El equipo también incluyó al Dr. Takashi Ohira, que trabaja con la Universidad Doshisha y la Universidad Kindai en Japón; Dr. Fuminori Kawano, asociado de la Universidad de Doshisha y la Universidad de Matsumoto, Japón; Dr. Katsumasa Goto, de la Universidad Doshisha y la Universidad Toyohashi SOZO, Japón; y el Dr. Hiroshi Kaji de la Universidad de Kindai.

Recientemente, pudieron estudiar las respuestas de las propiedades neuromusculares a las descargas gravitacionales y compartir información basada en investigaciones sobre cómo los astronautas pueden evitar problemas neuromusculares durante vuelos espaciales prolongados.

Esta revisión, que estuvo disponible en línea el 10 de marzo de 2022 y se publicó en el Volumen 136 de Revisiones de neurociencia y biocomportamiento en mayo de 2022—fue escrito en respuesta a una invitación que pedía a los autores que contribuyeran a un número especial.

Este número, titulado ‘Neurociencias espaciales’, se creó para conmemorar el primer aterrizaje humano en la Luna como parte de la misión lunar Apolo 11 de la NASA.

El equipo revisó cómo las propiedades morfológicas, funcionales y metabólicas del sistema neuromuscular responden a actividades antigravedad reducidas. Primero observaron modelos de simulación de humanos y roedores y también vieron cómo la actividad de las motoneuronas aferentes y eferentes regulaba las propiedades neuromusculares.

Su revisión sugiere que la actividad neuronal aferente (que involucra las señales enviadas desde el músculo esquelético al sistema nervioso central durante la actividad muscular) juega un papel clave en la regulación de las propiedades musculares y la actividad cerebral.

La inhibición de las actividades musculares antigravedad da como resultado la remodelación de los sarcómeros (que son la unidad estructural de los músculos), lo que resulta en una disminución de su número, lo que provoca aún más una disminución en el desarrollo de la fuerza, lo que lleva a la atrofia muscular.

También hay una reducción en la amplitud de los electromiogramas en los músculos antigravedad, a saber, el sóleo y el aductor largo. Esto indica que la exposición a ambientes de baja gravedad afecta no solo a los músculos sino también a los nervios.

La descarga gravitacional provoca el deterioro del control motor, visto como una coordinación alterada de los músculos antagonistas y una mecánica alterada. También se observaron dificultades en la locomoción en las tripulaciones después del vuelo espacial, aunque se ejercitaban regularmente en la ISS.

Los astronautas a bordo de la ISS deben utilizar cintas de correr, bicicletas estáticas y equipos de entrenamiento de resistencia para contrarrestar el efecto de la reducción de la gravedad en el sistema neuromuscular y proteger su salud física.

Sin embargo, estas contramedidas basadas en el ejercicio no siempre son efectivas para prevenir ciertos cambios neuromusculares no deseados.

Pueden surgir desafíos adicionales cuando los astronautas están expuestos a un entorno de microgravedad durante seis meses o más; por ejemplo, en su camino hacia o desde el planeta Marte. Esta revisión, por tanto, tiene importantes implicaciones en el ámbito de la investigación espacial, con especial énfasis en el bienestar de los astronautas (recomendaciones por las que son mencionadas por los autores).

Los cambios en las propiedades musculares debido a la descarga gravitacional pueden estar relacionados con la disminución de la actividad neuronal, así como con el estrés mecánico que depende de la contracción y/o el estiramiento.

La estimulación adecuada del músculo sóleo parece reducir las posibilidades de su atrofia. Por lo tanto, durante el ejercicio, los astronautas deben caminar o correr lentamente con el pie trasero (también ayudaría usar una cuerda elástica). El estiramiento pasivo periódico del sóleo también parece ser eficaz.

Por lo tanto, la información desde una perspectiva única, como se analiza en esta revisión, puede desempeñar un papel importante en el desarrollo de contramedidas apropiadas contra los problemas neuromusculares para futuras misiones de exploración espacial humana de larga duración.

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Los astronautas de la ISS agradecerán al equipo de investigación por compartir estos importantes conocimientos. Mientras tanto, ¡deseemos a los investigadores buena suerte para su próxima misión!

Financiación: Este estudio fue apoyado, en parte, por el Proyecto Space-DREAM de la Universidad de Doshisha para YO y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) KAKENHI, números de subvención JP19K07291 para YO y JP21K21000 para TO. Los financiadores no tienen ningún papel en ningún aspecto de este manuscrito.

Sobre esta noticia de investigación en neurociencia

Autor: junio kita
Fuente: Universidad Doshisha
Contacto: Jun Kita – Universidad Doshisha
Imagen: La imagen es de dominio público.

Búsqueda original: acceso cerrado,
«Respuestas de propiedades neuromusculares a la descarga y posibles contramedidas durante las misiones de exploración espacial” por Yoshinobu Ohira et al. Revisiones de neurociencia y biocomportamiento

Resumen

Respuestas de propiedades neuromusculares a la descarga y posibles contramedidas durante las misiones de exploración espacial

Revisamos las respuestas de las propiedades neuromusculares principalmente del sóleo y sus posibles mecanismos. La actividad de los nervios sensoriales en respuesta al acortamiento pasivo y/o la contracción activa, asociada con la flexión plantar o la dorsiflexión de las articulaciones del tobillo, puede desempeñar un papel esencial en la regulación de las propiedades musculares.

El acortamiento pasivo de fibras musculares y sarcómeros inhibe el desarrollo de tensión, electromiograma (EMG) y neurograma aferente. La remodelación de los sarcómeros, que disminuye el número total de sarcómeros en una sola fibra muscular, provocando la recuperación de la longitud de cada sarcómero, se induce en el sóleo después de una descarga crónica.

Aunque la actividad EMG y el desarrollo de tensión en cada sarcómero aumentan, la tensión total producida por todo el músculo es aún menor debido al menor número de sarcómeros. Por lo tanto, la atrofia muscular continúa progresando.

Además, caminar o correr lentamente apoyando el retropié con la aplicación de una mayor fuerza de reacción del suelo, que estimula la movilización del sóleo, puede ser una contramedida eficaz. El estiramiento pasivo periódico pero no crónico del sóleo también puede ser eficaz.