Bioingeniería y exploración espacial

Hoy en día el que un grupo de seres humanos viajen fuera de la Tierra y realicen actividades, o incluso decidan establecerse en otros cuerpos celestes, como la Luna o Marte, ya no es un dominio exclusivo de la ciencia ficción. Un gran número de investigadores, de agencias espaciales, universidades y el sector privado dedican sus recursos a hacer de esto una realidad.

Hemos seguido con gran expectativa los avances de empresas como Boeing, Blue Origin o SpaceX y hemos visto los planes que ya existen para llevar seres humanos a Marte en las próximas décadas. En el campo de la ingeniería y cohetería se ha avanzado bastante, como hemos podido ver en el desarrollo del aterrizaje vertical de los lanzadores de SpaceX, y la gran capacidad de carga del cohete Falcon Heavy, que tuvo su primer vuelo el mes pasado. Sin embargo, el espacio es un lugar muy hostil para los seres vivos, y nuestro conocimiento sobre sus efectos tras exposiciones por periodos largos aún es escaso.

La permanencia continua de seres humanos en el espacio gracias a la Estación Espacial Internacional (ISS) nos permite no solo estudiar estos efectos, tanto en organismos modelo como en los mismos astronautas, sino también poder diseñar y probar equipos que permitan minimizar la exposición a factores como las radiaciones solares y cósmicas, la microgravedad, el vacío del espacio, los cambios abruptos de temperatura debido a la falta de un medio conductor; y también los sistemas de soporte vital que permitirán a los tripulantes de la nave espacial tener un ambiente lo más similar posible al de la Tierra.

El principal ejemplo de estas tecnologías es el traje EMU (Extravehicular Mobilization Unit), que es el traje que usan los astronautas cuando salen de la ISS. Este traje es en si una nave espacial de una sola persona, la cual contiene varias capas de materiales protectores que evitan la exposición del astronauta a los factores externos a la nave, y también sus propios sistemas de soporte vital que permiten mantener una temperatura, niveles de oxígeno, presión y humedad adecuadas en el interior, y al mismo tiempo medir los parámetros biológicos de la persona en el interior como su ritmo cardiaco. El diseño de estos trajes es de vital importancia para las “actividades extravehiculares” (EVAs), necesarias para actividades científicas, exploratorias y de mantenimiento, donde los astronautas deben salir de la nave que les proporciona un hábitat. Su diseño requiere de conocimiento de la fisiología humana, así como de diseño biomédico y de los parámetros de ambientes extremos, sea el espacio abierto, la Luna, o Marte, donde para cada caso deben tomarse consideraciones específicas.

El ambiente interno dentro de una nave espacial o un hábitat extraterrestre requiere de un diseño aún más complejo, aquí se habla de Sistemas de Control Ambiental y Soporte Vital (ECLSS), el equipo encargado de su diseño debe entender como funcionan ecosistemas cerrados donde es necesario reciclar en corto tiempo todos los recursos utilizados por la tripulación y organismos que se encuentren en los laboratorios o invernaderos; los desechos sólidos, líquidos y gaseosos de estos organismos deben ser tratados o eliminados, buscando recuperar el oxígeno, agua y otros recursos que sean reutilizables. Actualmente los alimentos son provistos desde la Tierra a la ISS, sin embargo para misiones en el espacio profundo, como lo serían estaciones en la Luna, Marte o más allá, es necesario contar con fuentes de alimentación renovables, para esto es necesario diseñar sistemas que permitan el crecimiento óptimo de vegetales que aporten un buen porcentaje de nutrientes pero que ocupen pocos recursos para su crecimiento, las mejores opciones por las que están apostando varias instituciones son los cultivos in vitro, hidro y aeropónicos, o de alguna manera utilizar el regolito lunar o marciano para el cultivo.

Finalmente existen grupos que se dedican al desarrollo de contramedidas, dado que no todos los factores en el espacio son completamente bloqueables, o en el caso de las variaciones en la gravedad que son imposible de evitar. Estos factores producen cambios durante el tiempo que el astronauta y otros organismos están en el espacio, y sus efectos pueden disminuir, continuar, o acentuarse por varios meses luego de regresar a la Tierra. Los investigadores diseñan equipos que permitan reducir estos efectos adversos como máquinas de ejercicios adaptadas especialmente para su uso en microgravedad, trajes especiales que permiten simular el empuje hacia la parte inferior del cuerpo que produce la gravedad terrestre, o mediante el uso de fármacos que permiten regular los procesos alterados en el organismo durante el vuelo espacial.

Bibliografía:

[1] Carrillo R, Díaz JA, Padrón L. Medicina Espacial, primera edición. Academia Nacional de Medicina de México. 2016

[2] Legner K. Humans in Space and Space Biology. United Nations Office for Outer Space Affairs UNOOSA. Vienna, 2003.

[3] Paragon. MarsOne Habitat ECLSS.  Conceptual Design Assessment. Paragon Space Development Corporation. 2015

[4] National Research Council. Microgravity Research in Support of Technologies for the Human Exploration and Development of Space and Planetary Bodies. Washington, DC: The National Academies Press, 2000.

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