Com reacciona el sistema immunitari a la gravetat alterada?
Les condicions de microgravetat es van generar durant un vol parabòlic de curta durada —amb quinze paràboles— en una aeronau acrobàtica
Tot indica que no hi ha canvis significatius en la capacitat defensiva de les cèl·lules sanguínies dels voluntaris que van participar en l’estudi
Els viatges a l’espai sempre han posat a prova el cos humà pels efectes de les noves condicions de gravetat alterada sobre els sistemes biològics. Des de fa temps, se sap que l’exposició continuada a la microgravetat condiciona la fisiologia humana i causa efectes que comprometen les funcions muscular, sensorial, endocrina i cardiovascular. Ara bé, és també arriscat exposar-se a la gravetat alterada en períodes curts?
Ara, un article publicat a la revista Acta Astronautica analitza els efectes que té sobre el sistema immunitari humà la microgravetat generada a través d’un vol parabòlic. Després d’una breu exposició a gravetat alterada, tot indica que no hi ha canvis significatius en la capacitat defensiva de les cèl·lules sanguínies dels voluntaris que van participar en l’estudi. A més, el treball tampoc no va detectar evidències de processos d’agregació dels eritròcits —les cèl·lules que transporten O2 i CO2 al sistema cardiovascular— després del vol parabòlic.
L’estudi l’ha coordinat Ginés Viscor, catedràtic del Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia de la Facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona (UB) i hi han participat els experts Jordi Petriz, de l’Institut de Recerca Germans Trias i Pujol (IGTP), i Antoni Pérez-Poch, investigador de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), entre altres autors. El treball té com a primera autora la investigadora Abril Gorgori-González (UB) i ha tingut el suport del Servei Mèdic de l’Oficina de Seguretat, Salut i Medi Ambient (OSSMA) de la UB, l’Aeroclub Barcelona-Sabadell i l’empresa Thermo Fisher Scientific.
L’equip ha aplicat la tècnica de la citometria de flux amb enfocament acústic
amb la mínima manipulació possible de les mostres sanguínies dels voluntaris.
Vols parabòlics: un laboratori de gravetat simulada
Els viatges espacials són l’escenari ideal per estudiar l’efecte de la microgravetat sobre el cos humà. Permeten estudiar les conseqüències d’una exposició llarga a la microgravetat en diferents astronautes de manera simultània, però exigeixen un elevat cost en temps, finançament i infraestructures. Sense sortir de l’atmosfera terrestre, també és possible recrear les condicions de gravetat simulada en diverses plataformes. Per exemple, a través de vols parabòlics en aeronaus, que permeten estudiar l’efecte de la microgravetat alterada a curt termini —fins i tot alguns segons— amb un cost assumible.
«Les plataformes artificials com els vols parabòlics en avions aporten resultats valuosos però més limitats, ja que només permeten estudiar els efectes de la gravetat alterada a curt termini (segons o minuts). Per tant, el perfil de canvis fisiològics que es poden recrear amb vols parabòlics són canvis immediats i transitoris que genera la microgravetat sobre el cos humà», indica Ginés Viscor, cap del Grup de Fisiologia Adaptativa: Exercici, Hipòxia i Salut de la UB.
Durant la recerca, es va fer un vol parabòlic de vint minuts amb l’avioneta Mudry CAP10 —una aeronau acrobàtica d’entrenament de dos seients— durant els quals es van fer quinze paràboles. «Cada paràbola permet assolir un període de microgravetat durant aproximadament vuit segons, que va seguit i precedit per fases d’hipergravetat d’uns dos segons», detalla Pérez-Poch, que treballa al Departament de Ciències de la Computació de la UPC i és professor de l’Escola d’Enginyeria de Barcelona Est (EEBE-UPC).
Aquests vols parabòlics amb avioneta acrobàtica —un mètode pioner al món desenvolupat a Catalunya— van ser operats per l’Aeroclub Barcelona-Sabadell i són fruit de la recerca aeronàutica feta en col·laboració amb la UPC. «Aquesta tècnica innovadora té una bona relació de temps assolit de microgravetat en comparació amb el cost de manteniment, que és molt favorable respecte de l’ús d’avions més grans, tot i que també té algunes limitacions (logístiques i d’espai). En el cas dels vols parabòlics amb avions més grans, una operació més costosa que es fa servir des del principi de la carrera espacial per part d’agències com la NASA o l’ESA (Agència Espacial Europea), es podien arribar a assolir fins a 25 segons per paràbola», assenyala Pérez-Poch.
La funció immunitària sota pressió
Els efectes immediats de la microgravetat sobre el sistema sanguini deriven de la redistribució del volum i del flux sanguini i dels fluids corporals cap a la part superior del cos. «Les adaptacions cardiovasculars consisteixen en una resposta cardiovascular alterada que causa anomalies en l’orientació i l’equilibri corporal, una mala resposta a l’estrès ortostàtic, la disminució de la funció cardíaca i una inadequada resposta cardiovascular a l’exercici», indica Ginés Viscor.
Un dels sistemes fisiològics més vulnerables a qualsevol canvi en les condicions de l’entorn és l’immunitari, i això s’explica per la seva gran plasticitat i capacitat de resposta davant desajustos interns i externs. En la bibliografia científica, encara no hi ha resultats concloents sobre la resposta immunològica a l’exposició curta en vols amb gravetat alterada, i en alguns casos les conclusions són fins i tot contradictòries.
En aquest estudi, l’equip va analitzar la resposta del sistema immunitari a la breu exposició a la microgravetat a partir de diversos paràmetres: el recompte d’eritròcits i de leucòcits, la concentració d’hemoglobina, la capacitat fagocítica i el metabolisme oxidatiu.
«Els resultats revelen que l’exposició de mostres sanguínies humanes a condicions de gravetat alterada en vol parabòlic no va implicar efectes negatius en relació amb les mostres que paral·lelament van quedar a terra durant el treball experimental. Tampoc no s’observen canvis significatius en el recompte de cèl·lules de la sang perifèrica», indica Jordi Petriz (IGTP).
«Excepte en el cas dels monòcits —un tipus de leucòcits— no s’han observat diferències significatives en la funcionalitat de les cèl·lules immunitàries ni quant al seu metabolisme oxidatiu ni quant a la seva capacitat fagocítica», subratlla la investigadora Abril Gorgori-González (UB). «De manera hipotètica, si hi hagués canvis en la funcionalitat dels leucòcits en ser exposats a una gravetat alterada, la funció immunitària i de defensa enfront d’infeccions externes o processos tumorals estaria també compromesa».
L’equip ha aplicat la tècnica de la citometria de flux amb enfocament acústic amb la mínima manipulació possible de les mostres sanguínies dels voluntaris. Segons els autors, la limitació mostral típica dels estudis amb vols acrobàtics —amb limitacions logístiques— no permet extreure conclusions generals. Per això, ara l’objectiu és continuar la recerca sobre el sistema immunològic humà amb altres plataformes de simulació de la microgravetat per estudiar les alteracions fisiològiques, evitar complicacions i preveure situacions de risc.
Avís per a turistes espacials
El turisme espacial és una activitat de gran interès econòmic per a alguns sectors empresarials. Ara bé, una de les diferències principals entre els turistes espacials i els astronautes és la preparació física i psicològica anterior al viatge.
«La gravetat alterada o la falta constant de gravetat és un dels diversos canvis en l’entorn a què s’enfronten aquestes persones que viatgen a l’espai. El cos humà ha evolucionat sota les condicions de la gravetat de la Terra i, per tant, no està adaptat a l’absència d’aquesta força d’atracció. En els viatges espacials, cal tenir present altres factors com ara la radiació ionitzant, el soroll constant, l’aïllament, el confinament, la distorsió total dels ritmes circadiaris i l’exposició breu a temperatures extremes durant el retorn a l’atmosfera», alerten els experts.
«També s’han descrit afectacions metabòliques i problemes d’osteoporosi i oftalmològics a llarg termini. Tot i que no s’ha estudiat l’efecte dels viatges espacials en persones no entrenades per a aquest tipus d’activitats, és possible que tots els factors estressants de l’entorn físic puguin afectar negativament la salut dels turistes espacials. Per això, ara com ara es dissenyen “visites a l’espai exterior” que són de curta durada», conclou l’equip.
Nota de premsa preparada en col·laboració amb les oficines de comunicació de la Universitat de Barcelona, la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech i l'Institut de Recerca Germans Trias i Pujol.
Imatge Principal
Peu d’imatge: Les condicions de microgravetat es van generar durant un vol parabòlic de curta durada —amb quinze paràboles— en una aeronau acrobàtica Mudry CAP10.
Enllaços
– IEEC
– UB
– UPC
– IGTP
Més informació
Aquesta recerca es presenta en un article titulat «Effects of rapid gravity load changes on immunophenotyping and leukocyte function of human peripheral blood after parabolic Flight», de Gorgori-González, A.; Pérez-Poch, A. et al., que va aparèixer a la revista Acta Astronautica el febrer de 2023. Doi: 10.1016/j.actaastro.2023.02.012.
L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia. Com a resultat de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.
L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat de recerca ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat de recerca CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) amb la unitat de recerca CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat de recerca ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC és un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).
Contactes
Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat
Autor Principal a l’IEEC
Barcelona, Espanya
Antoni Pérez Poch
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC)
Correu electrònic: perezpoch@ieec.cat