Abstracto

Lo más destacado de la investigación sobre la gravedad

Escarlata H.

A lo largo de nuestra vida, somos atraídos hacia abajo por una fuerza que nos sigue a todas partes: en las montañas, bajo tierra, en cuevas, en la calle, en el autobús y en el avión. No se puede proteger de la misma manera que los campos eléctricos y magnéticos. No es como la electricidad en el sentido de que no se puede apagar ni encender. La gravedad es esta fuerza. La causa de la gravedad, según Isaac Newton, es la masa. Cualquier cuerpo portador de masa atrae a otros cuerpos portadores de masa [1]. La fuerza de atracción está relacionada con el producto de masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre cuerpos. La ley de gravedad de Newton es útil para calcular órbitas planetarias y en la vida cotidiana. La “microgravedad” no es una ciencia, como algunos suponen, sino un entorno específico en el que a menudo se realizan actividades científicas. La razón principal para realizar ciencias básicas en tal microgravedad, caída libre o condiciones de casi ingravidez es, de hecho, que la carga está muy lejos de la masa. Esto conduce a una menor tensión mecánica dentro de un sistema, una convección menor o casi nula, diferencias de presión reducidas dentro de un sistema, etc. En un entorno de este tipo, también se pueden observar fenómenos que de otro modo quedan oscurecidos o borrosos cuando se estudian en un campo, como la convección termocapilar de Bénard-Marangoni o las convecciones de Gibbs-Marangoni dominadas por la tensión superficial, los flujos capilares, los fenómenos de unión y muchos otros problemas relacionados con las ciencias físicas y la ingeniería. Los elementos de estudio incluyen coloides, emulsiones, espumas, cristales líquidos, plasmas polvorientos, llamas/combustión o material granular, y también física de partículas elementales, por ejemplo, condensados ??de Bose-Einstein, o procesos más masivos, como la solidificación de aleaciones. Albert Einstein opinaba que este no era el caso. La gravedad no encajaba en su teoría de la relatividad como fuerza. Como resultado, asumió que la gravedad es una curvatura del espacio en lugar de una fuerza. La curvatura es causada por la masa. Estudios exhaustivos sobre la curvatura de la luz cerca del Sol revelaron que el espacio es curvo. Sin embargo, experimentamos diariamente la fuerza de la gravedad, contra la que debemos luchar cuando levantamos objetos grandes. No somos conscientes de la curvatura del espacio. Tenemos ciencias operativas en las que tenemos que lidiar con el entorno de microgravedad, además de ciencias básicas en las que empleamos el entorno de microgravedad. En las ciencias operativas, también conocidas como ciencias aplicadas, uno debe construir y aplicar métodos para los sectores de las ciencias físicas y biológicas que faciliten la vida en un entorno de este tipo. Por ejemplo, todos los sistemas fluídicos y bifásicos deben funcionar sin el efecto sedimentador de la gravedad en todos los tipos de sistemas llenos de fluidos en las estaciones espaciales, así como en los tanques de combustible de otros satélites [2]. Además, las personas deben estar preparadas para trabajar en un sistema de caída libre en el futuro. Sin embargo, cuando se trata de la salud humana, esto último plantea grandes problemas. Se han ideado muchas de las llamadas "contramedidas" para evitar que la fisiología humana entre en un estado de shock.Trastornos como la osteoporosis y la sarcopenia, el desacondicionamiento cardiovascular, el deterioro del rendimiento cognitivo, el síndrome neuroocular asociado a los vuelos espaciales (SANS), la sensibilidad inmunitaria reducida, los cálculos renales, la pérdida de calidad y duración del sueño, el dolor lumbar, los problemas de equilibrio y coordinación posteriores al vuelo y la intolerancia ortostática o la compresión espinal con daño en el disco intervertebral se observan en cosmonautas, astronautas y taikonautas. Algunos podrían preguntarse si la actual falta de terapias de microgravedad adecuadas cumple con los estándares laborales y legales éticos. Esta nueva revista incluso estaría disponible para recibir manuscritos relacionados con el evento y la prueba de instrumentos relacionados con la mitigación o la "recuperación" completa de la microgravedad crónica y las transiciones gravitacionales. Además, por ejemplo, de los dispositivos de entrenamiento de alto impacto o de presión negativa del cuerpo inferior (LBNP), exploraríamos la aplicación de centrífugas para generar realmente gravedad artificial en vuelo. Los sistemas de brazo corto son los más obvios, aunque dichos sistemas generan un gradiente corporal pronunciado de gravedad y no todos los órganos podrían exponerse a un nivel de gravedad suficiente. También se puede intentar hacer girar toda la nave espacial. En estos sistemas, el nivel de gravedad se distribuye de forma más uniforme y, por lo tanto, los sujetos están expuestos de forma crónica a la gravedad artificial, como en la Tierra. Sin embargo, estos sistemas requieren conocimientos sobre la rotación de larga duración, tanto para los humanos como para la ingeniería. Las instalaciones terrestres podrían utilizarse para abordar estas cuestiones relacionadas con el vuelo al mismo tiempo que abordan el uso de sistemas para la atención sanitaria (por ejemplo, el envejecimiento y la obesidad) y aplicaciones relacionadas con el atletismo. El impacto de la gravedad en sistemas pequeños y de baja masa sigue siendo desconcertante. Hace más de medio siglo, Pollard publicó un artículo que indicaba que, desde un punto de vista biofísico, no se espera que la ingravidez tenga un gran efecto a escala de una célula. Los posibles "gravisensores" en una célula no especializada podrían ser las mitocondrias o el nucléolo. Más tarde, Todd (1989) y Albrecht-Buehler (1991) publicaron artículos interesantes, que aún son bastante relevantes, que abordan una serie de fuerzas que están involucradas a un nivel celular de pequeña escala y las compararon con la fuerza de gravedad a esa microescala [3]. Por lo tanto, aunque existen numerosos experimentos en el espacio y en el fondo que muestran el efecto de la gravedad, o la falta de ella, en las células, el mecanismo de detección particular en células no especializadas aún está por describir. En un modelo in vitro de una sola célula monocapa con un diámetro de 10 μm, la energía gravitacional de un peso claro de 0,5 pN a una distancia media del radio (5 μm) por encima del punto más bajo de la célula es ~500 kT, donde k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura. Estas son fuerzas y energías pequeñas en comparación con otras fuerzas intra y extracelulares. Instrumentos como láseres de femtosegundos, microscopios con modalidades de imagen mejoradas como FLIM o FRET,Los microscopios de fuerza atómica, las pinzas ópticas o las técnicas de microaspiración, especialmente en células no especializadas, podrían desempeñar un papel importante en la búsqueda de un mecanosensor de la gravedad. Sistemas como el FLUMIAS, el módulo de microscopía solar o los lectores de placas adaptados al microscopio JAXA o equivalentes, que podrían ser bastante ilustrativos en lo que respecta a los cambios o interacciones conformacionales moleculares, por ejemplo, con lectores de placas o el lector de placas Nano Racks, sistemas de micro-RMN o sondas in vivo específicas que reflejan las propiedades biofísicas de las moléculas en función de su entorno extramolecular. Se realizan numerosos estudios para explorar el efecto del peso o la casi ingravidez en las células. Estos estudios se centran, en parte impulsados ??por las técnicas contemporáneas, en los efectos genéticos, aunque esto a menudo se está moviendo cada vez más hacia la proteómica/metabolómica y, por lo tanto, hacia la fisiología real, si bien es posible que a menudo se observen fenotipos adaptados o, a veces, cambios patológicos. Algunos de estos hallazgos se encuentran en el área de la transducción y la adaptación mecánicas, mientras que el Santo Grial y el gran desafío en este campo sería detectar un sensor gravitatorio (si es que existe tal cosa). La mayoría de los efectos informados a partir de la investigación sobre la gravedad alterada en biología celular deberían comenzar, en algún momento, con un cambio mecánico, conformacional o de frecuencia dentro del sistema. Es este sensor gravitatorio o mecanosensor el que debería identificarse. Para esto se requieren oportunidades y tecnologías de investigación en vuelo más avanzadas, que son análogas a las que se utilizan en el sector de la biomecánica, especialmente en la biomecánica molecular, celular y tisular, pero también a nivel de órganos y organismos.Con un cambio mecánico, conformacional o de frecuencia dentro del sistema, es este sensor gravitacional o mecanosensor el que se debe identificar. Para ello se requieren oportunidades y tecnologías de investigación en vuelo más avanzadas, que sean análogas a las que se utilizan en el sector de la biomecánica, especialmente en biomecánica molecular, celular y tisular, pero también a nivel de órganos y organismos.Con un cambio mecánico, conformacional o de frecuencia dentro del sistema, es este sensor gravitacional o mecanosensor el que se debe identificar. Para ello se requieren oportunidades y tecnologías de investigación en vuelo más avanzadas, que sean análogas a las que se utilizan en el sector de la biomecánica, especialmente en biomecánica molecular, celular y tisular, pero también a nivel de órganos y organismos.