Resumen
La gravedad artificial provocada mediante la centrifugación humana de brazos cortos combinada con ejercicio físico, como saltar, es prometedora para mantener la salud y el rendimiento durante los viajes espaciales. Sin embargo, los síntomas del mareo podrían limitar la tolerabilidad del enfoque. Por lo tanto, determinamos la viabilidad y tolerabilidad, particularmente la aparición de síntomas de mareo, durante ejercicios de salto reactivo en una centrífuga de brazo corto. En 15 hombres sanos, evaluamos el mareo inducido por ejercicios de salto durante la centrifugación con brazo corto a +1 constante.gz o variable aleatoria +0,5, +0,75, +1, +1,25 y +1,5 gz a lo largo del eje del cuerpo con referencia al centro de masa. Saltar en posición erguida sirvió como intervención de control. Las sesiones de prueba se realizaron en días separados de forma aleatoria y cruzada. Todos los participantes toleraron ejercicios de salto contra la gravedad terrestre y en la centrífuga de brazo corto durante 1 gz o variable gz en el centro de masa sin incapacitar los síntomas del mareo. Si bien los movimientos de la cabeza diferían notablemente, las puntuaciones de mareo solo aumentaron modestamente al saltar en la centrífuga de brazo corto en comparación con los saltos verticales. Nuestro estudio demuestra que los ejercicios de saltos repetitivos son factibles y tolerables durante la centrifugación de brazo corto. Dado que los ejercicios de salto mantienen la masa muscular y ósea, nuestro estudio permite un mayor desarrollo de contramedidas para el ejercicio en gravedad artificial.
Introducción
La falta de gravedad terrestre durante los viajes espaciales produce múltiples adaptaciones fisiológicas que desafían el rendimiento y la salud de los astronautas. La cuestión es particularmente relevante para futuras misiones al espacio profundo. Las contramedidas basadas en ejercicios de fuerza y resistencia ayudan a mantener el músculo esquelético (1) y aptitud cardiopulmonar (2). Las contramedidas actuales para los ejercicios en la Estación Espacial Internacional se adaptan individualmente a cada astronauta. En general, se prescribe un programa integrado de entrenamiento de resistencia y aeróbico (3–5). Los miembros de la tripulación suelen hacer ejercicio seis días a la semana, lo que consume una cantidad significativa de tiempo y recursos de la tripulación (6,7). Sin embargo, con las contramedidas actuales, la masa ósea y el volumen muscular de las extremidades inferiores aún se redujeron después de 16 a 28 semanas en el espacio (8). Además, se necesitan contramedidas para cambios potencialmente graves en las estructuras oculares y cerebrales que probablemente resulten de desplazamientos crónicos del líquido en dirección cefálica, el llamado síndrome neuroocular asociado al espacio (9, 10), no han sido establecidos. Otros enfoques, como los trajes de carga axial pasiva o los sistemas de presión negativa en la parte inferior del cuerpo (11–13) afectan sólo partes del complejo proceso de adaptación fisiológica durante las misiones espaciales de larga duración.
Como posible contramedida se ha desarrollado la gravedad artificial provocada mediante la aceleración axial de centrifugadoras humanas de brazo corto, que distribuye fluidos a la parte inferior del cuerpo. La centrifugación también puede ayudar a mantener la coordinación y la función vestibular, que son cruciales al llegar a otros cuerpos celestes. Sin embargo, la centrifugación, si se añade simplemente a las contramedidas actuales, puede no ser práctica dada la apretada agenda de los astronautas. La centrifugación combinada y el ejercicio físico pueden ser más eficientes. Porque los saltos reactivos parecen mantener el músculo esquelético así como la masa ósea en reposo en cama (5), los ejercicios de salto durante la centrifugación son particularmente prometedores. Sin embargo, los movimientos de la cabeza inducidos por el ejercicio dentro de un entorno giratorio pueden producir síntomas graves de mareo o sensaciones ilusorias a través de aceleraciones angulares cruzadas de canales semicirculares.6). El problema se complica por el pronunciado gradiente g que se aleja del eje de rotación durante la centrifugación de brazo corto (7). Los ejercicios de prensa de piernas fueron tolerados durante la centrifugación, sin embargo, los sujetos fueron restringidos para evitar movimientos de cabeza (8). Por lo tanto, el objetivo de nuestro estudio fue determinar la viabilidad y tolerabilidad de los ejercicios de salto reactivo durante la centrifugación humana de brazo corto.
Métodos
Participantes del estudio
Incluimos a 15 hombres sanos (26,4 ± 5,8 años; 180,9 ± 4,0 cm; 77,2 ± 5,8 kg) que no habían realizado previamente ejercicios de salto durante la centrifugación. Antes del estudio, los participantes completaron un breve cuestionario médico que detallaba su historial médico y de drogas y aprobaron un examen médico centrífugo estandarizado que incluye análisis clínico-químicos de sangre y orina, electrocardiograma de estrés y pruebas ortostáticas. Los participantes fueron excluidos si tenían dolor o tenían algún trastorno o lesión musculoesquelética, cardiovascular o neurológica significativa que pudiera afectar la capacidad de realizar ejercicio. Todos los participantes realizaron actividades recreativas (realizaron un mínimo de dos sesiones deportivas por semana) para facilitar el desempeño del ejercicio y minimizar el riesgo de lesiones durante la centrifugación. Todos los participantes dieron su consentimiento informado por escrito para participar en el estudio. El estudio fue aprobado por el comité ético de Renania del Norte (Ref: 2017122).
Protocolo
Los participantes acudieron al laboratorio de: envihab (DLR, Colonia, Alemania) en cuatro sesiones de prueba separadas por al menos tres días de descanso para permitir la recuperación muscular. En una quinta sesión los participantes corrieron en una cinta en la Universidad Alemana de Deportes en Colonia. A los participantes no se les permitió tomar medicamentos antieméticos (es decir, escopolamina) y se les ofreció comida ligera (plátanos, barras de cereales) y agua sin gas durante cada protocolo para garantizar la hidratación y la glucemia. Nuestro experimento sobre el mareo fue parte de una investigación fisiológica más amplia de ejercicios de salto durante la centrifugación que se publicará en otro lugar. Brevemente, comparamos los efectos de los ejercicios de salto en posición supina en una centrífuga de brazo corto durante el giro en diferentes niveles de gravedad con el salto en posición vertical en gravedad terrestre (ver Tabla 1).
Antes de la grabación, los participantes se familiarizaron con el equipo y los procedimientos de prueba, incluida una breve centrifugación. En dos sesiones de prueba, los sujetos realizaron ejercicios de salto en gravedad artificial (AG) en la centrífuga de brazo corto DLR a +1 constante. gz a lo largo del eje corporal del sujeto (Continuo AG) y con +0.5, +0.75, +1, +1.25 y +1.5 gz a lo largo del eje del cuerpo del sujeto en orden aleatorio (Variable AG). Saltar en posición erguida contra la gravedad terrestre sirvió como intervención de control (Gravedad terrestre). El estudio se realizó de forma cruzada, controlada y aleatoria.
Los participantes realizaron ejercicios de salto en posición supina en la centrífuga de brazo corto utilizando un trineo horizontal (Figs. 1 y 2) contra un reposapiés fijo. El trineo de salto se fijó a la centrífuga de brazo corto mediante cojinetes de baja fricción que, al desplazarse a lo largo de rieles, permitían movimientos lineales a lo largo del brazo de la centrífuga (Figura 3A). Además, el trineo permitió cabecear en el centro de masa de los participantes para facilitar los movimientos naturales de salto (Higo 1). Los participantes estaban sujetos al trineo mediante cinturones de seguridad alrededor de la cadera. La cabeza no estaba sujeta. Cada sesión de centrifugación duró aproximadamente 30 min. En el protocolo 2, cada GRAMO–El nivel duró alrededor de 6 min. La aceleración de inicio y fin de la centrífuga fue de 0,1 GRAMO/segundo. Terminamos la centrifugación cuando los participantes demostraron signos o síntomas presincopales.
Los participantes fueron asegurados en posición supina con un cinturón de seguridad que controlaba su movimiento usando dos empuñaduras mientras saltaban contra una plataforma para los pies montada en la centrífuga. Debido al diseño del trineo, son posibles movimientos a lo largo del radio centrífugo (A) contra la gravedad terrestre (B) y en el eje de inclinación alrededor del centro de masa (C).
Durante la centrifugación, los participantes realizaron ejercicios de salto contra un reposapiés (A).
Adquisición y análisis de datos.
Durante la centrifugación, electrocardiograma de cinco derivaciones, presión arterial con manguito braquial, oximetría de pulso en el dedo (Philipps IntelliVue®), y un médico experimentado monitoreó continuamente a los sujetos mediante una transmisión de video en vivo.
Evaluamos las velocidades de movimiento de la cabeza triaxiales (inclinación, guiñada y balanceo) utilizando un sensor inercial portátil (Shimmer3, Shimmer, Dublín, Irlanda) asegurado con una banda elástica en la frente. Determinamos la susceptibilidad al mareo antes del estudio utilizando el formato abreviado del Cuestionario de susceptibilidad al mareo (MSSQ) (10) que produce MSA (basado en la experiencia de la infancia (antes de los 12 años) y MSB durante los últimos 10 años (puntuación máxima = 54).
Inmediatamente antes e inmediatamente después de cada condición, los participantes completaron los cuestionarios de Clasificación subjetiva del mareo por movimiento, Cuestionario de evaluación del mareo (MSAQ), Programa de afecto positivo y negativo (PANAS) y Escala de somnolencia de Epworth (ESS). La calificación subjetiva de mareo por movimiento varía de 0 “Me siento bien” a 20 “Estoy a punto de vomitar” (14). El MSAQ se utilizó para medir (de 1 a 9 como máximo) varias dimensiones (p. ej., gastrointestinal, sopita) del mareo por movimiento (15). PANAS se utilizó para medir el efecto de los síntomas inducidos por los cambios de humor. Los participantes calificaron cada ítem en una escala Likert de 1 “nada” a 5 “mucho”. La ESS (que a través de una calificación de 0 (no) a 3 «alta probabilidad de quedarse dormido» en 8 contextos) dado que la «somnolencia» es un síntoma cardinal del mareo (16–18)
Además, se preguntó periódicamente a los participantes durante la centrifugación si experimentaban algún síntoma de mareo y si informaban sobre cualquier síntoma inesperado, como visión de túnel o sensación de dar vueltas.
Durante la centrifugación, el ECG de cinco derivaciones (Philipps IntelliVue®), presión arterial del manguito y SpO2 así como una transmisión de video en vivo, un médico experimentado utilizó para monitorear continuamente a los sujetos. Cualquier carrera en la que los participantes demostraran síntomas presincopales se finalizó inmediatamente.
Análisis estadístico
Las velocidades medias del movimiento de la cabeza (inclinación, guiñada, balanceo) se compararon entre las sesiones de salto 1 a 15 para cada condición mediante análisis de varianza con mediciones repetidas. Todos los datos previos y posteriores del cuestionario se compararon entre condiciones por participante. Los datos previos representaron la puntuación de cada cuestionario antes de comenzar la condición individual y los datos posteriores para cada cuestionario después de completar cada condición. Se realizaron pruebas no paramétricas (Chi-cuadrado de Friedman) para evaluar si existía efecto de la condición. Si se observaban diferencias significativas entre las condiciones, se realizaban pruebas post hoc con comparaciones por pares utilizando Dunn-Bonferroni para determinar qué condición era significativamente diferente.
Todas las pruebas estadísticas se realizaron utilizando SPSS versión 21 (IBM Corp., EE. UU.) y α < 0,05 indica significancia.
Resultados
Todos los participantes toleraron bien los ejercicios de salto contra la gravedad terrestre y en la centrífuga de brazo corto durante el protocolo de centrifugación continua y variable. Sólo un sujeto experimentó síntomas presincopales que requirieron la finalización del protocolo Variable AG pero completó todos los demás protocolos sin síntomas similares. No hay mareos incapacitantes…
