Las imágenes de densidad ósea por microtomografía computarizada muestran ratones terrestres (G) con una estructura ósea esponjosa densa altamente conectada, ratones voladores (F) con menos conectividad y ratones voladores tratados con un inhibidor de miostatina (F+D) en STS-118 que parecen tienen una estructura ósea no afectada por la microgravedad. Crédito:Bioserve
En la conferencia de la Sociedad Estadounidense para la Investigación de Huesos y Minerales de este año, los científicos de la NASA compartieron lo que han aprendido de medio siglo de investigaciones relacionadas con vuelos espaciales sobre cómo la microgravedad afecta negativamente la densidad ósea.
Una vez que llegue a los cincuenta, puede anticipar algunos cambios de salud, como el comienzo de la pérdida ósea. Es posible que no espere tales desafíos en su mejor momento, es decir, a menos que sufra de osteoporosis, movilidad limitada o sea astronauta. Los científicos han sabido desde los primeros días de los vuelos espaciales que la microgravedad afecta negativamente la densidad ósea a un ritmo avanzado. Examinar esta consecuencia de vivir en el espacio brinda a los investigadores la oportunidad de un estudio acelerado de la salud ósea.
La investigación ósea comenzó al comienzo de los viajes espaciales humanos, con experimentos tanto en el espacio como en tierra. Esta área de estudio continúa hoy a bordo de la Estación Espacial Internacional con investigaciones que se basan en sus predecesores. Los miembros de la tripulación pueden perder tanta densidad ósea en un mes como la que pierde una mujer posmenopáusica en el transcurso de un año. Los científicos pueden convertir este negativo en positivo, utilizando las condiciones de microgravedad para realizar más investigaciones en menos tiempo. Sus investigaciones en el espacio examinan las causas de la pérdida ósea e identifican contramedidas, mientras contribuyen al desarrollo de tratamientos para su uso en la Tierra y en el espacio.
“En una misión de seis meses, podemos realizar investigaciones sobre cómo contrarrestar la pérdida ósea que requeriría el equivalente de aproximadamente cinco años de estudio longitudinal en la Tierra”, dijo Scott M. Smith, Ph.D., gerente del Laboratorio de Bioquímica Nutricional en Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. “Esto nos ayuda a ver cambios en la fisiología más rápido que en la Tierra, y en una población de estudio muy diferente a los estudios típicos [sobre el terreno]. Esta perspectiva contribuye a la comprensión general y proporciona una valiosa adición a la base de conocimientos generales, lo que nos permite llegar a los tratamientos más rápido”.
En una publicación reciente, "Cincuenta años de viajes espaciales tripulados:implicaciones para la investigación de huesos y calcio", Scott y sus colegas analizan las lecciones aprendidas. Señala que en la búsqueda de combatir la pérdida ósea en microgravedad, ganamos terreno en el avance de la salud ósea en la Tierra. Por ejemplo, la investigación con animales modelo que utilizan roedores en el espacio ya ha contribuido a los ensayos clínicos de productos farmacéuticos que pueden mitigar la pérdida ósea. Algunos de estos tratamientos ya están disponibles para que las personas los usen.
La investigación continúa en órbita, como con la investigación Pro-K, que terminará la recolección de muestras con la tripulación actual. El objetivo de Pro-K es desarrollar una forma de optimizar la nutrición examinando cómo la dieta afecta a los huesos. Específicamente, los investigadores están analizando cómo una proporción reducida de proteína animal y potasio que consume un astronauta puede mitigar la descomposición ósea. La pregunta es si la tripulación come más frutas y verduras con menos carne, ¿ayudará esto a mejorar la salud del esqueleto?
Los hallazgos pueden tener implicaciones para quienes sufren pérdida ósea en la Tierra, proporcionando una posible mitigación a través del equilibrio adecuado en la dieta de un individuo. "El trabajo realizado para los viajeros espaciales contribuye de manera única a la base de conocimientos general en los campos de la nutrición y la biología ósea", dijo Smith.
Sin embargo, construir mejores huesos no es tan simple como beber su leche, independientemente de si bebe de un vaso o de una taza de café espacial. Si bien la vitamina D y el calcio se encuentran entre los componentes importantes, en realidad es una búsqueda compleja para los científicos identificar el equilibrio adecuado de contramedidas, que se dividen en tres categorías:físicas, farmacológicas y nutricionales. Lo que los investigadores encontraron es que la nutrición es una gran parte de esta ecuación, pero funciona en combinación con el tipo y la cantidad adecuados de ejercicio. Estos hallazgos fueron publicados en el Journal of Bone and Mineral Research .
“Hemos visto en los últimos años que la nutrición y el ejercicio pueden ayudar a proteger la densidad mineral ósea en los astronautas”, dijo Smith. “Esa es la primera vez en más de medio siglo de vuelos espaciales que vemos esto. No hemos terminado, pero estamos progresando, y eso es increíblemente emocionante”.
Los científicos habían sospechado que, al igual que en la Tierra, la dieta y el ejercicio eran un equipo ganador para mantener saludables los huesos humanos. Sin embargo, la aplicación de este conocimiento no se tradujo inmediatamente en el entorno espacial. Los intentos iniciales de hacer ejercicio en la estación espacial Mir y los primeros días en la Estación Espacial Internacional mostraron poco impacto en la mitigación de la pérdida ósea. La tripulación necesitaba ejercicio basado en la resistencia que proporcionara suficiente "peso" para estresar productivamente los huesos y los músculos. Ingrese al dispositivo de ejercicio de resistencia avanzada (ARED), que se lanzó en 2008. La adición de ARED ayudó a los investigadores a demostrar que el tipo correcto de ejercicio, combinado con nutrición, podría mantener la densidad mineral ósea.
“Lo que se demostró”, dijo Smith en su publicación, “es que los miembros de la tripulación que tenían acceso al ARED regresaron del vuelo sin pérdida de masa corporal, con un mayor porcentaje de masa magra, una disminución del porcentaje de masa grasa y el mantenimiento de densidad mineral ósea en la mayoría de las regiones y en escaneos de todo el cuerpo”.
El papel de los minerales y la dieta en la salud ósea adquirió un enfoque diferente durante la estancia en la estación espacial. En 2009, mientras la tripulación realizaba la recuperación de agua con orina, una necesidad para la exploración espacial de larga duración, el sistema tuvo que cerrarse debido a problemas de presión. Resulta que un exceso de minerales, en particular sulfato de calcio, obstruía el hardware. El azufre, utilizado en el inodoro de la estación espacial, se había combinado con el calcio que los tripulantes perdieron como resultado de la descomposición acelerada de los huesos en el espacio. La alta concentración de calcio resultante en la orina del astronauta señaló no solo la relación entre la pérdida ósea y el calcio, sino también la necesidad de aumentar el consumo de agua de los miembros de la tripulación. De manera similar, un mayor consumo de agua ayuda a mantener bajo el riesgo de cálculos renales, otra preocupación para los astronautas.
Los investigadores continúan analizando la cantidad correcta de ingesta de calcio y otros factores dietéticos para la salud ósea, incluida la vitamina D, los ácidos grasos omega-3, las proteínas y el potasio, el sodio, el hierro y el fósforo. El próximo estudio planeado para la estación espacial que busca el equilibrio óptimo de dieta y nutrición para la salud ósea se llama Nutrición Integrada. Los experimentos serán un esfuerzo conjunto del Laboratorio de Sistemas de Alimentos Espaciales de la NASA y los equipos del Laboratorio de Bioquímica Nutricional en Johnson.
“Estamos trabajando para optimizar la ingesta de una serie de factores dietéticos que se sabe que tienen efectos protectores sobre los huesos en investigaciones en tierra o en vuelos para ayudar a proteger los huesos durante los vuelos espaciales de larga duración”, dijo Smith. "Somos muy optimistas sobre las perspectivas de esto para los huesos y creemos que es probable que también tenga efectos beneficiosos en muchos otros sistemas del cuerpo".
Parte de esta preocupación multifacética es examinar la fortaleza ósea, no solo como un todo, sino según qué partes del hueso se están construyendo durante las contramedidas. Los investigadores esperan descubrir si la prevención aparente es en realidad solo la acumulación de hueso adicional a partir del ejercicio basado en resistencia, en lugar de detener la pérdida en general. El objetivo es ir más allá de la densidad para comprender cómo los vuelos espaciales afectan la resistencia del hueso.
"Aunque este modo de remodelación ósea, con aumentos en la resorción y formación ósea, mantuvo la densidad mineral ósea, puede producir un hueso con características de resistencia diferentes a las que existían antes del vuelo", continuó Scott. "Se están realizando estudios en la NASA para evaluar la resistencia de los huesos después del vuelo a fin de comprender mejor este fenómeno".
Y en caso de que se lo pregunte, según la comparación anterior con la pérdida ósea de una mujer posmenopáusica, los investigadores también están analizando el género. Durante el curso de los estudios en órbita, los investigadores han encontrado similitudes entre los sexos con respecto al procesamiento de la descomposición de los minerales óseos.
“En julio de este año, publicamos datos que mostraban que la respuesta de hombres y mujeres al vuelo espacial, y a la dieta y el ejercicio, no era diferente con respecto al riesgo de cálculos óseos y renales”, dijo Smith. “La cantidad de astronautas que vuelan todavía es relativamente pequeña… pero crece todo el tiempo. La estación espacial ha proporcionado una gran plataforma y ya nos ha dado muchos años de vuelos de larga duración. Estamos empezando a ser capaces de ver diferencias en la respuesta a medida que evolucionan las contramedidas y diferencias entre los subgrupos de astronautas”.
Publicaciones :
- Smith SM., et al., "Hombres y mujeres en el espacio:pérdida ósea y riesgo de cálculos renales después de un vuelo espacial de larga duración", Journal of Bone and Mineral Research, julio de 2014; 29(7):1639-45. doi:10.1002/jbmr.2185.
- Scott M Smith, et al., "Beneficios para los huesos del ejercicio de resistencia y la nutrición en vuelos espaciales de larga duración:Evidencia de bioquímica y densitometría", Journal of Bone and Mineral Research, volumen 27, número 9, páginas 1896–1906 , 2012; DOI:10.1002/jbmr.1647
