Información

¿Cuál es el efecto de la gravedad reducida sobre la altura humana?

¿Cuál es el efecto de la gravedad reducida sobre la altura humana?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Recientemente se ha hablado de construir una base en la Luna o en Marte. Lo que me pregunto es, si naces y creces hasta la edad adulta en la Luna, donde la gravedad es una décima parte de la de la Tierra, ¿serías más alto que si hubieras nacido y crecido en la Tierra?


Hasta donde yo sé, nadie ha nacido en el espacio, por lo que su respuesta no puede ser respondida directamente. Sin embargo, se sabe que el ausencia de gravedad da como resultado un aumento de la altura del cuerpo en unos centímetros. Esto se debe al estiramiento de la columna vertebral, que ya no está presionada por la fuerza de gravedad hacia abajo.1. Por ejemplo, el astronauta Richard Hieb, que pasó 2 semanas en el espacio, descubrió que su altura había aumentado en 1 pulgada (~ 2,5 centímetros).2. La pérdida de gravedad también hace que la sangre y otros fluidos migren de las piernas a la parte superior del cuerpo, lo que provoca hinchazón de la cara y protrusión de las venas del cuello.1. Supongo que estos efectos informados a gravedad cero se aplican al menos parcialmente al 10% de gravedad.

Fuentes
- Airbus Defence & Space
- NASA


Cómo afecta la gravedad al cuerpo humano y al proceso de envejecimiento

La gravedad es una fuerza de atracción que existe y que involucra dos masas cualesquiera, dos cuerpos cualesquiera y dos partículas cualesquiera. Cuanto más grande es el objeto, más robusto es su atracción gravitacional. La gravedad de la Tierra es lo que te retiene en el suelo y lo que hace que los objetos caigan. La gravedad es exactamente lo que mantiene a los planetas en su órbita alrededor del Sol y lo que retiene a la Luna en su órbita alrededor de la Tierra. Cuanto más cerca esté de un elemento, más poderosa será su atracción gravitacional. La gravedad es exactamente lo que le ofrece exceso de peso. Es la presión que tira de toda la masa del cuerpo humano. Sir Isaac Newton (1642-1727) formuló la teoría de la gravedad cuando una manzana le cayó sobre la cabeza. Además, esta fuerza también tiene un efecto enorme en el cuerpo humano.

Posiblemente, el efecto más aparente de la gravedad en el sistema es la compresión con la columna. Nuestra columna vertebral está formada por vértebras y discos esponjosos. El impulso descendente de la gravedad hace que los discos pierdan humedad a lo largo del día, lo que resulta en la falta máxima diaria de hasta 1/2 & # 8243 & # 8211 3/4 & # 8243. La humedad vuelve a su disco durante la noche, pero no al 100%. ¡A lo largo de su vida, una persona puede eliminar completamente entre 1/2 & # 8243 & # 8211 2 & # 8243 de altura!

Major Reduction no solo afecta el bienestar de la espalda, sino que actúa como un & # 8220 efecto domino & # 8221 en el resto del cuerpo humano. Tus órganos crecen hasta comprimirse, y también sube la medida de tu cintura (sin obtener pesos reales). ¡Estas arrugas de compresión se deben al hecho de que son, en parte, un resultado directo de la compresión de su columna vertebral! Esto también da como resultado su capacidad para moverse y doblarse, lo que a menudo puede obstaculizar seriamente su capacidad para realizar funciones cotidianas muy simples.

La gravedad también causa estragos en el interior del cuerpo humano. Con el tiempo, los órganos se prolapsan o se deslizan de su lugar apropiado dentro del cuerpo. La funcionalidad de los órganos será menos económica. Realmente no es inusual que las personas de hoy experimenten problemas de vejiga, riñón y digestivos debido a órganos prolapsados. Por esta razón, durante siglos, los practicantes de yoga han realizado soportes para la cabeza para garantizar la colocación correcta de los órganos.

Flexibilidad

La pérdida superior y los medios más grandes inevitablemente dan como resultado la pérdida de funcionalidad. Probablemente, el aspecto más importante de mantener un estilo de vida activo mientras envejece es mantener la flexibilidad para moverse. La gravedad puede robarnos la capacidad de jugar al golf, el jardín del patio trasero y participar con nuestros nietos en los últimos años.

Circulación

Si la gravedad puede evitar que el agua fluya cuesta arriba, también podría evitar que la sangre dentro de nuestro cuerpo fluya libremente hacia arriba. Con el tiempo, la gravedad normalmente afecta el sistema circulatorio, lo que puede provocar venas varicosas, reducción de la circulación del cuero cabelludo e inflamación de las extremidades. La mala circulación en los ojos, los oídos, los poros, la piel, el cuero cabelludo y el cerebro es una de las razones por las que nuestros órganos más valiosos se deterioran durante toda la vida.

En resumen, parece que la gravedad es una causa importante (pero no completa) que conduce al envejecimiento. Su tracción ejerce mucha presión sobre los órganos y las capacidades del cuerpo, lo que resulta en desgaste sin esfuerzo y desencadena el proceso de envejecimiento más rápidamente.


Los efectos de la gravedad cero en el cuerpo

Antes de que los tanques de flotación se hicieran más populares en los spas, los astronautas los usaban principalmente en el entrenamiento. La NASA todavía entrena a los astronautas con cámaras de flotación. Esto se debe a que las cámaras de flotación simulan un entorno de gravedad cero. El agua en una cámara de flotación contiene aproximadamente 1,200 libras de sulfato de magnesio, lo que hace que el cuerpo flote fácilmente sobre el agua. Especialmente combinado con la oscuridad y la falta de sonido que son parte integral de la experiencia de flotación, no es de extrañar que los astronautas entrenen en una cámara.

Sin embargo, los efectos de la ingravidez son muy diferentes entre una cámara de flotación y un viaje espacial a largo plazo. Flotar en el espacio a largo plazo puede tener efectos negativos graves en el cuerpo. En un entorno de gravedad cero, los músculos se encogen. Esto puede provocar un deterioro de la función articular y también puede provocar dolor en todo el cuerpo. Los huesos también sufren, disminuyendo significativamente en masa en proporción al tiempo pasado en el espacio. El músculo más importante del cuerpo, el corazón, no está exento de este efecto de contracción.

El corazón está diseñado para trabajar con la gravedad de la Tierra. El corazón bombea sangre fuertemente hacia arriba para combatir la fuerza de la gravedad, de modo que podamos tener un flujo sanguíneo adecuado hacia la cabeza. Sin gravedad, la fuerza hacia arriba del corazón sería demasiado fuerte. Esto puede crear hinchazón en los ojos y la cara.

El sistema inmunológico también sufre. Los astronautas pueden experimentar la recurrencia de enfermedades infantiles, como la varicela. Las enfermedades que ocurren en gravedad cero también son difíciles de tratar, ya que los medicamentos no necesariamente funcionan como lo hacen en la tierra.

A pesar de todos los efectos perjudiciales de la ingravidez a largo plazo, se ha demostrado que la ingravidez a corto plazo de la cámara de flotación tiene efectos positivos significativos. La relajación muscular resultante permite una curación más rápida de las lesiones, cuando se aplica con moderación. Los pacientes en las cámaras de flotación informan una mejora significativa en el dolor muscular y articular, ya sea que el dolor sea el resultado de una lesión, una predisposición genética o sea causado por el estrés.

La relajación mental lograda por la ingravidez a corto plazo de una cámara de flotación no se encuentra por ningún otro medio en la Tierra. Cuando se ve privado de estímulos externos, el cerebro ya no busca amenazas. Esto es algo que todo cerebro humano hace naturalmente mientras está despierto e incluso mientras duerme. El cerebro, cuando está libre de ruidos, sonidos y otras distracciones, entra en un estado similar al de los sueños, pero sucede mientras aún estás despierto y en control.

Los efectos positivos para la salud del entorno de gravedad cero a corto plazo creado por las cámaras de privación sensorial son duraderos. La depresión, el insomnio, el dolor, el síndrome premenstrual, la falta de concentración y el estrés se reducen significativamente. Si desea experimentar algo tan cercano a los viajes espaciales como pueda tener en la Tierra con efectos terapéuticos, comuníquese con el Northwest Float Center.


La verdad sobre la gravedad

No se puede ver, tocar, saborear ni oler. Sin embargo, podemos sentir sus efectos todos los días y experimentar su daño acumulativo en nuestros cuerpos durante toda la vida. Ninguna otra fuerza nos afecta de manera tan dramática.

¿A qué fuerza nos referimos? GRAVEDAD.

Cuando una manzana cayó sobre su cabeza y formuló la ley de la gravedad, Sir Isaac Newton comenzó a comprender el papel de la gravedad en el control de la órbita de la luna. Sin embargo, Newton probablemente no se dio cuenta del profundo efecto de esta fuerza en el cuerpo humano.

¿Alguna vez has notado que tus pantalones se sienten un poco más ajustados alrededor de la cintura al final del día? ¿Alguna vez ha ajustado su espejo retrovisor hacia arriba por la mañana y luego hacia abajo por la noche? ¿Se dio cuenta de que después de los 20 años, ha estado perdiendo un promedio de 1/2 "de altura cada veinte años? ¿Sufre de venas varicosas, pies hinchados o dolor de espalda? Si respondió que sí a alguna de estas preguntas. preguntas, eres víctima de la fuerza compresiva e ineludible de la gravedad.

Los resultados del constante tirón hacia abajo de la gravedad sobre nuestra cara, hombros, espalda, cuello, pecho, órganos, piernas y pies son dolorosamente obvios para la mayoría de nosotros. La gravedad nunca se rinde, ni discrimina. Jóvenes o viejos, adictos a la televisión o atletas: ¡todos experimentaremos cambios en nuestros cuerpos como resultado de la vida en este planeta!

Hacer ejercicio le ayudará a mantenerse en forma y en forma, pero el ejercicio es beneficioso y perjudicial para su cuerpo. ¿Como puede ser? Se llama fatiga por compresión: cuanto más corremos, más peso levantamos, más nuestros cuerpos pagan el precio de la gravedad.

Columna vertebral
Quizás, el efecto más notable de la gravedad en el cuerpo es la compresión de la columna. Nuestra columna está formada por vértebras y discos esponjosos. La fuerza de gravedad descendente hace que los discos pierdan humedad durante el día, lo que resulta en una pérdida diaria de altura de hasta 1/2 "- 3/4". La humedad regresa al disco durante la noche, pero no al 100%. ¡A lo largo de su vida, una persona puede perder permanentemente entre 1/2 "y 2" de altura!

Cintura
La pérdida de altura no solo afecta la salud de su espalda, sino que actúa como un "efecto dominó" en el resto de su cuerpo. Sus órganos se comprimen y la medida de su cintura aumenta (sin aumento de peso real). Probablemente las llames michelines, pero nosotros las llamamos arrugas de compresión porque son, en parte, ¡el resultado directo de la compresión de la columna! Esto también afecta su capacidad para moverse y agacharse, lo que puede dificultar seriamente su capacidad para realizar actividades diarias simples.

Órganos
La gravedad también causa estragos en el interior de su cuerpo. Con el tiempo, los órganos comienzan a prolapsarse o caerse del lugar que les corresponde en su cuerpo. La función de los órganos se vuelve menos eficiente. No es raro que las personas experimenten problemas de vejiga, riñón y digestivos debido a órganos prolapsados. De hecho, durante siglos, los practicantes de yoga han realizado soportes para la cabeza para garantizar la colocación adecuada de los órganos.

Flexibilidad
La pérdida de altura y los medios más grandes resultan inevitablemente en una pérdida de flexibilidad. Quizás la parte más vital de mantener un estilo de vida activo a medida que envejece es mantener la capacidad de moverse. La gravedad puede privarnos de la capacidad de jugar al golf, hacer jardinería y jugar con nuestros nietos en nuestros últimos años.

Circulación
Si la gravedad puede evitar que el agua fluya cuesta arriba, también puede evitar que la sangre de nuestro cuerpo fluya libremente hacia arriba. Con el tiempo, la gravedad afecta el sistema circulatorio, lo que puede causar venas varicosas, disminución de la circulación del cuero cabelludo e inflamación de las extremidades. La mala circulación en los ojos, los oídos, la piel, el cuero cabelludo y el cerebro es una de las razones por las que nuestros órganos más valiosos se deterioran a lo largo de la vida.

Pruebe este sencillo experimento para presenciar el poderoso efecto de la gravedad en el sistema circulatorio: levante el brazo derecho durante dos minutos. Baja el brazo y compara tu mano derecha e izquierda. ¿Cuál es más rosa? Ahora considere el efecto de estar parado todo el día en sus extremidades inferiores. Nuestros cuerpos entienden inconscientemente que necesitamos ayudar a la circulación desde nuestras extremidades hasta nuestro corazón; ¿con qué frecuencia se encuentra apoyando las piernas en un escritorio o una otomana?

Podemos llamar a todos estos problemas los efectos inevitables del envejecimiento. La verdad es que son simplemente el resultado de la fuerza constante de la gravedad, y no son inevitables.

Si aún no está convencido del poder de la gravedad, considere esto: ¡los astronautas crecen dos pulgadas mientras están en el espacio! Durante semanas en órbita, los discos de los astronautas continúan absorbiendo humedad del torrente sanguíneo. Sin atracción gravitacional para exprimir la humedad, los discos permanecen regordetes, haciendo que sus espinas sean más largas y más altas. De hecho, los trajes espaciales están diseñados para adaptarse al estiramiento espinal adicional de dos pulgadas. Desafortunadamente, la mayoría de nosotros permaneceremos atados a la tierra durante toda nuestra vida. Aquí hay algunas formas en que compensamos:

  • Como fetos, todos nos desarrollamos en el entorno casi ingrávido del útero de nuestras madres. Durante el último trimestre, en realidad nos damos la vuelta para ayudar con el desarrollo del cerebro.
  • ¡Cuando éramos bebés, a menudo dormíamos de abajo hacia arriba! Manteniendo la cabeza más baja que el corazón, fomentamos un suministro adecuado de sangre y oxígeno a nuestro cerebro.
  • De niños, nos encanta "escapar de la gravedad" montando en los columpios o colgándonos boca abajo de las barras.
  • Como adultos, apoyamos las piernas y los pies en escritorios o taburetes para compensar la presencia constante de la gravedad.

No podemos escapar de la gravedad, pero podemos engañarla para que trabaje PARA nosotros. ¿Cómo? Invirtiendo la posición de su cuerpo bajo su fuerza. Utilice la gravedad para estirar y alargar su cuerpo. ¿Recuerda el estudio de Nachemson que indicó que no puede escapar de la compresión incluso estando acostado? Este mismo estudio indicó que esta compresión se puede superar aplicando tracción del 60% de nuestro peso corporal. La tracción mecánica puede ser demasiado incómoda y complicada, y es difícil de practicar en casa.

La única forma práctica de lograr esta cantidad de fuerza de estiramiento es a través de la inversión.

¡Finalmente hemos encontrado una herramienta simple para ayudarnos a revertir la fuerza de gravedad negativa y compresiva de nuestro cuerpo! Para obtener más información sobre cómo Inversion puede ayudar a alargar la columna vertebral, mantener la posición adecuada de los órganos, mejorar la circulación y aumentar la flexibilidad,


¿Los humanos nacidos en Marte serían más altos que los terrestres?

Si alguna vez logramos superar los problemas de fertilidad y sexo del espacio, probablemente estaremos sacando pequeños niños humanoides en otros planetas. Pero nuestros pequeños niños pueden no quedarse pequeños por mucho tiempo.

En la Tierra experimentamos la mano firme de la gravedad a 1 g de fuerza constantemente a lo largo de nuestras vidas. En otros planetas de nuestro sistema solar, eso simplemente no es posible. Los investigadores están trabajando en formas de hacer posible la gravedad artificial para facilitar los vuelos largos en los cuerpos humanos. Según la NASA, la mayoría de los astronautas crecen alrededor de 2 pulgadas mientras están en el espacio porque la gravedad reducida hace que el fluido entre las vértebras se expanda. Pierden la altura a los 10 días de regresar a la gravedad aplastante de la Tierra. Debido al crecimiento, la NASA usa trajes espaciales que tienen espacio adicional para acomodar la altura adicional.

(También crece más cuando duerme: mientras se acuesta en la cama, la gravedad lo empuja hacia abajo y alarga su columna lo suficiente como para que cuando se despierte generalmente sea aproximadamente media pulgada más alto que la noche anterior).

Agarre a esos marcianos para su equipo de baloncesto El proponente del asentamiento en Marte, Robert Zubrin, ha teorizado que los niños nacidos en otros planetas con menor gravedad, como Marte, que tiene solo un tercio de la atracción gravitacional de la Tierra, de hecho crecerían unas pocas pulgadas más de lo que lo harían. tener en la Tierra. Si bien los genes heredados de sus padres no cambiarían, la columna vertebral podría alargarse más que en la Tierra. Afortunadamente, los niños marcianos nacidos en un entorno de baja gravedad no sufrirían los problemas de masa muscular y huesos que sufren los astronautas de vuelos largos.

Desafortunadamente, el mayor problema posible con sus trotamundos galácticos podría surgir si los humanos nacidos de baja gravedad intentaran regresar a la Tierra. Experimentarían tres veces la gravedad de su hogar y podrían sufrir graves problemas óseos. Por ejemplo, un científico de la NASA, Al Globus, da un ejemplo de alguien que pesa 160 libras. Si fuera a un planeta de 3 g, el equivalente a moverme de Marte a la Tierra, pesaría casi 500 libras y tendría grandes dificultades para levantarme de la cama, dijo Globus. Para los niños criados en la luna o en Marte, asistir a la universidad en la Tierra estará fuera de discusión.


Especiación marciana

Solomon explicó que las nuevas especies evolucionan más comúnmente cuando una barrera impide que una población se aparee, como en un archipiélago insular, por lo que las especies en islas Galápagos separadas evolucionan a lo largo de líneas separadas. Con la humanidad moderna, por supuesto, la tendencia va en la dirección opuesta, ya que las personas se mueven por el planeta a un ritmo sin precedentes en la historia de la humanidad. “Entonces, en el planeta Tierra, sería necesario un cambio importante para imaginarnos con poblaciones aisladas el tiempo suficiente para tener especies distintas”, dijo.

El abismo entre la Tierra y Marte podría presentar tal barrera, si la colonia marciana fuera autosuficiente y persistente. A través de la selección natural, los seres humanos y cualquier organismo que traigan consigo, como las plantas, pueden evolucionar y adaptarse al duro entorno y la baja gravedad de Marte, que es solo un tercio de la gravedad de la Tierra.

Otras lecturas

Al carecer de magnetosfera, Marte es bombardeado por una mayor tasa de radiación, lo que también favorece la especiación. La radiación ionizante provoca mutaciones en los genes, lo que proporcionaría una fuente de nuevas variaciones genéticas. Eso podría acelerar el proceso de adaptación. En el lado negativo, dijo Solomon, la radiación más alta podría matar a la gente. O podría hacer que los colonos se apiñen perpetuamente dentro de pequeños hábitats y trajes espaciales, llevando una existencia similar a Morlock y enfrentando un destino evolutivo similar.

En última instancia, aún puede llevar mucho tiempo que se produzca la especiación. El único punto de datos sólido que tenemos en la Tierra es la colonización de las Américas, que fueron colonizadas por oleadas de personas que se movían a través del Estrecho de Bering hacia el final de la última edad de hielo. Posteriormente, estas poblaciones se aislaron del resto del mundo durante unos 10.000 años. Cuando los europeos llegaron, encontraron una población distinta de nativos americanos, dijo Solomon, pero ciertamente no una especie diferente. Eso sugeriría que, en un planeta con una atmósfera y gravedad similares a la Tierra, una población humana tardaría más de 10.000 años en especiarse. Marte no es ese planeta, por supuesto.

Otro factor a considerar mientras los humanos contemplan colonizar otros mundos, dijo Solomon, es el "efecto fundador", que simplemente significa que cuando un pequeño número de personas establece una nueva población a partir de una población más grande, los genes de los fundadores tendrán una gran influencia. sobre esa población en el futuro. Esto ocurrió con las pequeñas bandas de humanos que se extendieron desde África.

"Estoy pensando en cuál puede ser el destino a largo plazo de nuestra especie", dijo Solomon. “Al seleccionar colonos, no creo que debamos intentar seleccionar qué atributos queremos en una nueva especie de humanos.Pero es interesante pensar que si solo tomara personas de ciertas poblaciones, o tratara de incluir una diversidad de toda la humanidad, esos resultados serían muy diferentes para el potencial de lo que podría convertirse en una nueva especie de humanos ".


Locomoción humana en condiciones de gravedad reducida: consideraciones biomecánicas y neurofisiológicas

La gravedad reducida ofrece oportunidades únicas para estudiar el comportamiento motor. Este artículo tiene como objetivo proporcionar una revisión de los problemas actuales de las herramientas y técnicas conocidas utilizadas para la simulación de hipogravedad y sus efectos en la locomoción humana. Caminar y correr dependen de la mecánica oscilatoria de las extremidades, y una forma de cambiar sus propiedades dinámicas es modificar el nivel de gravedad. La gravedad tiene un fuerte efecto sobre la velocidad óptima de las oscilaciones de las extremidades, la velocidad óptima de marcha y los patrones de actividad muscular, y las transiciones de la marcha se producen con suavidad y a velocidades más lentas a niveles de gravedad más bajos. Los movimientos del centro de masas alterados y la interacción entre la postura y la dinámica de las piernas en movimiento pueden desafiar nuevas formas de locomoción en un entorno de heterogravedad. Además, las observaciones de los efectos de la falta de gravedad ayudan a revelar las propiedades intrínsecas de los generadores de patrones locomotores y hacen evidente la facilitación del paso involuntario de las extremidades. Por ello, la investigación en neurociencias espaciales ha participado en el desarrollo de nuevas tecnologías que pueden utilizarse como una herramienta eficaz para la rehabilitación de la marcha.

1. Introducción

La vida evolucionó en presencia de la gravedad, que tiene dos impactos importantes en las funciones motoras: la orientación específica del cuerpo en el espacio y el tono muscular antigravedad y reglas específicas de movimiento en el campo gravitatorio. La gravedad juega un papel fundamental en la locomoción terrestre. La hipótesis dominante con respecto a las plantillas para la marcha bípeda en el campo de gravedad es el mecanismo pendular de la marcha, hasta velocidades intermedias, y el mecanismo de rebote de la carrera, hasta las velocidades más altas alcanzables [1]. El mecanismo de intercambio de energía similar a un péndulo invertido que tiene lugar durante la marcha se optimizaría a velocidades más lentas en gravedad reducida [2, 3]. A pesar de nuestra apreciación intuitiva de la influencia de la gravedad, no comprendemos completamente cómo la gravedad interactúa con otras fuerzas, como la inercia, para afectar muchos procesos biológicos y físicos y qué tipo de marcha y / o sincronización de las extremidades (trote, galope, secuencia lateral). caminar, caminar, saltar, etc.) evolucionaría a otros niveles de gravedad.

Comprender las características de la locomoción es fundamental para quienes trabajan en el área de la biomecánica de la marcha y la neurofisiología de las redes de generación de patrones y de las contramedidas de ejercicio para los astronautas. Muchos investigadores han estudiado los efectos de la reducción y eliminación de la gravedad en la cinemática y cinética de las locomotoras [4-8]. Otros han estudiado la locomoción en condiciones reales de ingravidez o hipogravedad [9, 10]. Las técnicas han incluido suspensión de cable en posición supina y erecta, vuelos de aviones parabólicos, inmersión en agua y métodos centrífugos [6]. Un mayor conocimiento de la cinemática de la locomoción, la cinética, los patrones de actividad muscular y la modulación de retroalimentación sensorial puede ayudar a facilitar contramedidas de ejercicio más efectivas, desarrollar tecnologías innovadoras para la rehabilitación de la marcha y proporcionar nuevos conocimientos sobre nuestra comprensión de los efectos fisiológicos de la gravedad. En esta revisión, consideraremos las herramientas y técnicas conocidas utilizadas para la simulación de hipogravedad y sus efectos en la locomoción humana.

2. Métodos y aparatos para la simulación de gravedad reducida

Los vuelos espaciales son la forma más directa de evaluar el efecto de la gravedad en la locomoción, pero estudiar la locomoción en hipogravedad real es exigente y costoso [6]. Los inconvenientes de los experimentos de vuelos espaciales incluyen la dificultad para utilizar el hardware de recopilación de datos necesario y realizar un experimento con un tamaño de muestra adecuado. El vuelo parabólico ofrece una alternativa viable, pero los períodos de ingravidez se limitan a

20 s, que solo permite investigaciones de locomoción aguda [11].

Hay varios aparatos que se han utilizado en el pasado para simular la locomoción por gravedad reducida. Uno de los sistemas más utilizados es el soporte vertical del peso corporal (BWS) (Figuras 1 (a) y 1 (b)). Este tipo de simuladores se obtienen generalmente apoyando a los sujetos en un arnés que aplica una fuerza ascendente controlada. Por ejemplo, el mecanismo WARD [12] consiste en un engranaje mecánico impulsado por un cilindro neumático (Figura 1 (b)). Se sostiene en un carro que se desliza hacia adelante y hacia atrás sobre una pista. El deslizamiento de baja fricción del mecanismo asegura que solo se apliquen fuerzas verticales al sujeto. Los sistemas BWS verticales también pueden hacer uso de un pequeño aumento de la presión del aire alrededor de la parte inferior del cuerpo del usuario para crear una fuerza de elevación aproximadamente en el centro de masa de la persona [13]. Otros sistemas verticales [8, 14] utilizan una serie de elementos de resorte de goma compatibles que se estiran para crear la fuerza hacia arriba (para simular una gravedad menor a 1 g) o hacia abajo (para simular una gravedad mayor a 1 g) (Figura 1 (a) ). La principal limitación de estos simuladores de gravedad reducida (además de la alta presión cutánea local a través de un arnés) es que cada miembro de apoyo experimenta una reducción simulada de la gravedad proporcional a la fuerza aplicada, mientras que el miembro oscilante experimenta 1 g.


(a) Sistema vertical para simulación de gravedad alterada
(b) Vertical BWS
(c) BWS inclinado
(d) BWS inclinado
(e) Sistema de suspensión en decúbito supino
(f) Sistema de equilibrio pasivo por gravedad
(a) Sistema vertical para simulación de gravedad alterada
(b) Vertical BWS
(c) BWS inclinado
(d) BWS inclinado
(e) Sistema de suspensión supina
(f) Sistema de equilibrio pasivo por gravedad Simuladores de gravedad reducida para locomoción. (a) Esquema del sistema vertical utilizado para simular diferentes valores de gravedad (redibujado de [8]). R: bandas de goma, B: barras de metal ligero, M: motor eléctrico para estirar el sistema de bandas elásticas, PL: poleas para invertir la dirección del tirón sobre el sujeto (líneas discontinuas). (b) Sistema de soporte vertical del peso corporal (BWS): el sujeto camina en una cinta de correr con diferentes niveles de BWS mientras está sostenido por un arnés, tirado hacia arriba por una fuerza de descarga preestablecida

Los sistemas BWS inclinados (Figuras 1 (c) y 1 (d)) están construidos para simular efectos más realistas de los cambios de gravedad tanto en la postura como en las piernas de balanceo en el plano sagital. Estos simuladores, que han sido utilizados en el pasado tanto por Roscosmos (Agencia Espacial Federal Rusa) como por la NASA para entrenar a los astronautas antes de los vuelos espaciales [15-17], se basan en la idea de neutralizar el componente de la fuerza de gravedad normal a la mentira. superficie [mg

cos (α), donde α es el ángulo de inclinación], mientras que la componente de la fuerza de gravedad que actúa sobre el cuerpo y las extremidades oscilantes en el plano sagital se reduce en relación con el ángulo de inclinación [mg sin (α)]. Se ha utilizado un concepto similar en el simulador de gravedad reducida (Figura 1 (d)) diseñado por Ivanenko et al. (Patente italiana número Rm2007A000489): el sujeto se acuesta de lado en un sofá inclinado (hasta 40 ° desde la posición horizontal) con ambas piernas suspendidas en el exoesqueleto y los pasos en la cinta de correr, que está inclinada en el mismo ángulo [7, 18, 19]. Este simulador incluía masa adicional del chasis inclinado (

15 kg) y exoesqueleto (1,5 kg por cada pierna). Así, toda la asamblea tenía una masa de

18 kg que aumentaron las fuerzas gravitacionales e inerciales durante la marcha.

Otra clase de manipulaciones relacionadas con la gravedad es el "dispositivo de carga sujeta" (SLD) que aplica una fuerza de reemplazo de la gravedad en la dirección hacia abajo a la superficie. Este tipo de SLD se puede utilizar en los sistemas verticales para aumentar la gravedad [8] o en la posición acostada (Figura 1 (e)). Cuando un astronauta camina o corre en una cinta de correr en ingravidez, se utiliza un dispositivo de carga del sujeto para devolverlo a la cinta de la cinta de correr y cargar las extremidades. La carga de reemplazo por gravedad se transfiere, a través de un arnés, a la pelvis y / o los hombros. Los simuladores de gravedad pueden simular la marcha activa en cinta rodante en ingravidez y proporcionar un método para probar las mejoras propuestas en el diseño de SLD y los protocolos de ejercicio [20, 21]. En los sistemas de suspensión en decúbito supino (Figura 1 (e)), los sujetos se suspenden horizontalmente sujetos a cordones de goma de látex. Una manga de tela y un cordón de goma están unidos a la parte superior e inferior de los brazos y piernas (ocho en total) [20]. La limitación de este sistema es una presión local sobre algunas partes del cuerpo (p. Ej., Hombros) y modificaciones en la dinámica de la fase de balanceo debido a fuerzas no constantes de los cordones de goma y la gravedad que actúa en la dirección anteroposterior de los movimientos de las piernas (Figura 1 (e) ).

Basado en la tecnología de equilibrio pasivo de gravedad, Ma et al. [22, 23] propuso un concepto de diseño de un simulador pasivo de gravedad reducida para simular el caminar humano u otras actividades en un entorno de gravedad reducida para aplicaciones potenciales de entrenamiento de astronautas y viajeros espaciales (Figura 1 (f)). El sistema consta de un mecanismo de paralelogramo doble 3-DOF, un conjunto de soporte del torso de 2-DOF y un par de exoesqueletos de piernas de 3-DOF. El peso del cuerpo y las piernas se compensa mediante el mecanismo de doble paralelogramo equilibrado por resorte y el conjunto de soporte del torso, y el peso de cada pierna se compensa con un exoesqueleto de pierna. El sistema es capaz de simular caminar y saltar humanos en un entorno de hipogravedad [24]. Actualmente se están realizando la creación de prototipos de hardware y el estudio experimental del nuevo sistema.

En la siguiente sección discutimos los principios básicos de adaptación de la locomoción a diferentes valores de gravedad utilizando las tecnologías aquí descritas.

3. Aspectos biomecánicos de la locomoción en gravedad reducida

A pesar de algunas diferencias, todos los enfoques de simulación de gravedad reducida muestran una aproximación razonable de la reducción de la fuerza gravitacional que actúa sobre el centro de masa corporal (COM) y resultados similares con respecto a la velocidad de las transiciones de la marcha. Una consecuencia importante del comportamiento pendular de las extremidades en el campo de gravedad es el principio de similitud dinámica [29], que establece que los cuerpos geométricamente similares que dependen de una mecánica de movimiento similar a un péndulo tienen una dinámica de marcha similar con el mismo número de Froude. :

donde es la velocidad de locomoción, es la aceleración de la gravedad y es una longitud característica de la pierna. Es decir, todas las longitudes, tiempos y fuerzas escalan por los mismos factores. Para optimizar la recuperación de energía mecánica, las curvas de energía cinética y energía potencial deben ser iguales en amplitud y opuestas en fase, como en un péndulo. Suponiendo que el cambio en la energía cinética dentro de cada paso es una función creciente de la velocidad al caminar (mientras que el cambio en la energía potencial es proporcional a la gravedad), se propuso la hipótesis de que el mecanismo de intercambio de energía similar a un péndulo invertido al caminar sería optimizado a velocidades más lentas en gravedad reducida [3, 10]. Un intercambio óptimo entre las energías potencial y cinética de la COM se produce en Fr

0,25 [2] (Figura 2 (a)). Aunque las proporciones específicas de los segmentos de las extremidades pueden desempeñar un papel esencial en la cinemática y la energía de la marcha [30], la anatomía animal y las dimensiones individualizadas de los segmentos de las extremidades se optimizan de tal manera que el número de Froude puede explicar la velocidad óptima de la marcha.


(a)
(B)
(C)
(a)
(B)
(C) Características biomecánicas de la locomoción en condiciones de gravedad reducida. (a) Velocidades óptimas (azul) y de transición de caminar a correr (verde) en función de la gravedad. Velocidades dinámicamente similares predichas por Fr = 0,25 y Fr = 0,5 se indican mediante curvas de trazos azules y verdes, respectivamente [25]. Los círculos verdes y las estrellas se refieren a las mediciones de las velocidades óptimas de transición de un paseo a otro en condiciones simuladas de baja gravedad [5, 18]. El triángulo gris indica una estimación anterior de la velocidad óptima al caminar predicha para el entorno gravitacional de la Luna por Margaria y Cavagna [3]. Los triángulos azules se refieren a las velocidades óptimas (a las que se produce la mayor parte del intercambio mecánico entre la energía potencial y cinética del centro de masa del cuerpo) obtenidas en un estudio de simulación de Griffin et al. [26]. Los círculos azules representan las medidas de la velocidad óptima obtenidas durante el vuelo parabólico [10, 27]. (b) Evolución en el tiempo de la componente vertical neta de las fuerzas de reacción dentro del zapato representadas como una función de las coordenadas espaciales del pie a diferentes niveles de gravedad reducida. Note el cambio en la escala vertical en la condición de 0.05 g. El panel inferior derecho muestra las trayectorias del centro de presión superpuestas sobre el contorno de un pie (adaptado de [28]). (c) Velocidad máxima longitudinal del pie y excursión del pie

En la Tierra, los pasos para caminar y correr generalmente se adoptan para diferentes velocidades de locomoción, con una transición preferida que ocurre en

2 m / s para humanos adultos y a baja velocidad para niños (Fr

0.5), de acuerdo con la teoría de la similitud dinámica [29]. Diferentes estudios [4, 18] demostraron que, a niveles más bajos de gravedad, la transición de caminar a correr ocurrió a velocidades absolutas progresivamente más lentas pero aproximadamente al mismo número de Froude (Figura 2 (a)).

A pesar de las similitudes en la aproximación de la gravedad reducida, existen diferencias esenciales entre los diferentes enfoques de simulación. Las variables que mostraron las mayores diferencias entre los sistemas de gravedad reducida vertical e inclinada (Figura 1) fueron la velocidad longitudinal máxima del pie y la excursión longitudinal del pie (Figura 2 (c)), de acuerdo con las influencias significativas de la gravedad en la dinámica de la pierna oscilante [7]. Aunque la velocidad longitudinal máxima del pie para la condición BWS inclinada disminuyó solo ligeramente en relación con la BWS vertical, sin embargo, la disminución real fue mucho más obvia si se tiene en cuenta que fue significativamente compensada o enmascarada por incrementos en la longitud de la zancada [ 7]. Un estudio de modelado anterior también predijo los efectos diferenciales de la gravedad durante las fases de apoyo y balanceo [31]. De hecho, los cambios en la excursión longitudinal del pie fueron básicamente opuestos para los sistemas BWS vertical e inclinado (Figura 2 (c)). Para el primer sistema, la amplitud del movimiento longitudinal del pie disminuyó, mientras que para el último sistema aumentó en relación con la condición de 1 g. Considerando una relación monótona (presumiblemente proporcional [32]) entre la longitud de la zancada y la velocidad máxima del pie a un nivel de gravedad dado (1 g), se esperaría que la velocidad máxima del pie fuera

1,5 veces más alto para la condición BWS vertical que para inclinado si las longitudes de zancada fueran similares (Figura 2 (c)). Los estudios previos sobre vuelos parabólicos que investigan el efecto de la gravedad en la mecánica de la marcha demostraron incrementos en la duración de la fase de balanceo (en un 29% a 0.25 g [33] ver también [11]), en línea con la contribución sustancial de la gravedad a la pierna de balanceo . En general, los hallazgos demuestran que la gravedad que actúa tanto en la postura como en el balanceo de las piernas juega un papel importante en la configuración de los patrones locomotores.

4. Reorganización no lineal de patrones EMG

Se sabe que la carga juega un papel crucial en la configuración de la salida motora patrón durante el paso [34-36], y los seres humanos producen un patrón específico de balanceo de talón a punta durante la postura en condiciones normales de gravedad. Las fuerzas de contacto con el suelo reflejan las fuerzas verticales y cortantes netas que actúan sobre la superficie de contacto y resultan de la suma de los productos de aceleración de masa de todos los segmentos del cuerpo mientras el pie está en contacto con el suelo [37]. La simulación de una gravedad reducida entre 0,05 y 1 g revela cambios drásticos de los parámetros cinéticos, pero cambios limitados de la coordinación cinemática [28]. El control preciso informado de la cinemática de miembros / pies [28] puede depender de mecanismos de compensación de carga y desplazamiento que funcionen eficazmente en una amplia gama de fuerzas de contacto con el suelo, desde el peso corporal total hasta & lt5% de su valor. Las fuerzas de contacto verticales máximas disminuyen proporcionalmente a la gravedad, pero a 0.05 g se aplican solo en el antepié (Figura 2 (b)). Durante la carga de las extremidades inferiores, se pueden activar una variedad de receptores, como los órganos tendinosos de Golgi, los receptores cutáneos del pie y los husos de los músculos estirados [36]. Estas señales sensoriales interactúan con los centros centrales que generan el ritmo y ayudan a dar forma a los patrones motores, controlar las transiciones de fase y reforzar la actividad en curso [38, 39]. Por ejemplo, la carga de la extremidad mejora la actividad de los músculos antigravedad durante la postura y retrasa el inicio de la siguiente flexión [40]. Es importante comprender los mecanismos de adaptación sensoriomotora a la biomecánica de la locomoción y la colocación / carga del pie en heterogravedad, especialmente a cambios de carga a más largo plazo.

Una característica clave de la adaptación a la hipogravedad es una notable escala no lineal de los patrones de actividad muscular contraria a los cambios monótonos en la carga del pie. El tipo más simple de cambio con gravedad reducida simulada [28] se observó en los extensores de tobillo: la amplitud media de actividad disminuyó sistemáticamente con la gravedad simulada decreciente, en consonancia con su función antigravedad [35, 41]. Por el contrario, el comportamiento de otros músculos no se pudo predecir simplemente sobre la base de la carga estática durante la postura. La amplitud y el patrón de la actividad muscular generalmente dependían de la velocidad y podían variar de forma no monotónica con la descarga del cuerpo. También hubo una compleja reorganización del patrón de actividad de los músculos del muslo con una gravedad simulada decreciente, así como notables diferencias individuales [28]. La Figura 3 (a) ilustra un ejemplo de reorganización no lineal de patrones EMG en un sujeto que camina a 3 km / h. Con la descarga del peso corporal, el glúteo mayor y los extensores distales de las piernas disminuyeron su actividad, mientras que otros músculos demostraron un incremento "paradójico" de activación (p. Ej., Cuádriceps) o cambios considerables en las formas de onda de activación (músculos isquiotibiales). Obsérvese también la ausencia de la ráfaga típica de RF al comienzo de la fase de balanceo a niveles bajos de gravedad simulada (Figura 3 (a)), en consonancia con otros estudios sobre el efecto de la descarga del peso corporal [42] y la velocidad al caminar [43]. . Es poco probable que estos cambios se deban al orden de los ensayos o la consecuencia del aprendizaje de la condición de hipogravedad, ya que el orden de presentación de las velocidades y BWS se asignó al azar entre sesiones y experimentos [28]. Además, la duración de cada ensayo fue

1 min, con al menos 2 min de descanso entre pruebas y un breve (

30 s) se permitió un período de entrenamiento de caminar a diferentes velocidades para cada nivel de gravedad reducido simulado antes de que comenzara la recopilación de datos (los patrones de caminata generalmente se adaptan rápidamente a la gravedad reducida simulada [4, 5]). Esta reorganización está presumiblemente relacionada con la acción multifuncional (biarticular) de estos músculos y con la necesidad de repartir las contribuciones de torsión articular entre diferentes músculos en función de los cambios inducidos por la gravedad. A 1 g, el pico principal de m. La actividad del bíceps femoral que se produce antes del contacto con el talón sirve para desacelerar el movimiento de la extremidad [37]. Sin embargo, a medida que la gravedad disminuye, su actividad principal se produce en la postura intermedia y en la postura tardía, presumiblemente en relación con la necesidad de ayudar a saltar sobre un péndulo invertido de la extremidad de la postura y al inicio del swing.


(a)
(B)
(a)
(B) Reorganización no lineal de patrones de actividad muscular. (a) Se muestra un ejemplo de actividad electromiográfica (EMG) promediada en conjunto de los músculos de las extremidades inferiores frente al ciclo de marcha normalizado para un sujeto que camina a 3 km / ha diferentes niveles de gravedad reducida simulados [28]. (b) Actividad EMG media calculada durante el ciclo de la marcha y promediada en todos los ciclos y sujetos (

Puede haber varios factores que expliquen la reorganización no lineal de los patrones de actividad muscular con la gravedad. Para empezar, el escalado no lineal también ocurre al caminar a diferentes velocidades a 1 g. Por ejemplo, la actividad de VL y RF es bastante pequeña a bajas velocidades (menos de

3 km / h) pero se vuelve prominente a velocidades más altas (& gt4 km / h) (Figura 3 (b)), un efecto de velocidad consistente con el reportado en la literatura [28, 43, 45, 46]. Dado eso, se debe enfatizar que caminar a niveles de gravedad más bajos a la misma velocidad (Figura 3 (a)) corresponde a caminar a velocidades más altas si se usa el número de Froude como un parámetro adimensional (p. Ej., Transición caminar-correr a 0.25 g ocurre en

4 km / h, Figura 2 (a)), de modo que los incrementos "paradójicos" de la actividad VL y RF EMG en la Figura 3 (a) pueden reflejar mayores demandas biomecánicas en los músculos proximales de la pierna a velocidades adimensionales más altas. También se observó una reorganización no lineal de los patrones EMG cuando se utilizaron dispositivos robóticos de exoesqueleto que brindan soporte al peso corporal [42, 47]. Los cambios en la configuración de referencia del cuerpo durante la postura (postura ligeramente flexionada [48, 49]) también pueden contribuir a una mayor actividad de los extensores proximales. Finalmente, hay un efecto diferencial de la velocidad sobre la actividad del músculo cuádriceps a niveles de gravedad reducidos: la actividad de VL y RF aumenta a velocidades bajas (& lt3 km / h) mientras que disminuye a alta velocidad (5 km / h) (Figura 3 (b )). La escala potencial no lineal de la actividad muscular para la mayoría de los movimientos corporales en microgravedad también debe tenerse en cuenta para las contramedidas de ejercicio para los astronautas.

5. Diferentes pasos

Teniendo en cuenta las interacciones complejas, de alta dimensión y acopladas dinámicamente entre un organismo y un entorno gravitacional, en principio, una solución desafiante es adoptar diferentes patrones de coordinación y no solo una velocidad óptima de locomoción. ¿Son posibles diferentes modos de andar en otros planetas?

Un enfoque para estudiar las adaptaciones locomotoras es observar el efecto de la gravedad en las transiciones de la marcha. Una marcha se ha definido como "un patrón de locomoción característico de un rango limitado de velocidades descrito por cantidades de las cuales una o más cambian de manera discontinua en las transiciones a otras formas de caminar" [29]. Un aspecto importante de las transiciones de la marcha es un cambio discontinuo que se produce en algún momento al variar la velocidad de progresión (aunque pueden existir algunas excepciones [50-52]). Como ya se discutió (Figura 2 (a)), la gravedad tiene un fuerte efecto sobre la velocidad a la que ocurren las transiciones de la marcha (Fr

0,5). Sorprendentemente, sin embargo, encontramos [18, 19] que a niveles más bajos de gravedad simulada la transición entre caminar y correr fue generalmente gradual, sin ningún cambio abrupto notable en los parámetros de la marcha o estallidos EMG (Figura 4 (a)). Esto se asoció con una prolongación significativa de la fase de balanceo, cuya duración se volvió prácticamente igual a la de la postura en las proximidades de la velocidad de transición de caminar-correr, y con un cambio gradual de la marcha de péndulo invertido (caminar) a la marcha de rebote (correr ). La falta de cambios discontinuos en el patrón de características locomotoras dependientes de la velocidad en un ambiente de hipogravedad (Figura 4 (b)) es consistente con la idea de un cambio continuo en el estado de un conjunto dado de generadores de patrones centrales, en lugar de la activación de un conjunto separado de generadores de patrones centrales para cada paso distinto [19].


(a)
(B)
(a)
(B) Suavidad / brusquedad de las transiciones de la marcha a diferentes niveles de gravedad. (a) Patrones de EMG de Soleus (SOL) durante cambios lentos en la velocidad de la cinta de correr (paneles inferiores) en un sujeto representativo a 0,16 g (izquierda) y 1 g (derecha). Paneles superiores: ejemplos de formas de onda SOL EMG (izquierda, trazada frente al tiempo a la derecha, trazada frente a ciclo normalizado) durante 5 pasos consecutivos de ambas piernas alrededor de la transición de caminar (líneas negras) a correr (líneas grises). Las curvas de puntos denotan el paso (de transición) de la pierna en la que la fase de balanceo excedió por primera vez el 50% del ciclo de la marcha. Las barras horizontales inferiores indican las fases de postura (negro) y swing (blanco). Paneles inferiores: los mapas de color representan una secuencia de formas de onda de activación discretas (cortes verticales).

-eje indica el número de ciclos de marcha (correspondiente al momento apropiado de la prueba),

El eje-indica el ciclo de la marcha normalizado (desde el aterrizaje hasta otro aterrizaje) y el color indica la amplitud EMG. La línea blanca indica cuándo ocurrió el despegue. Las líneas punteadas verticales indican las transiciones de caminar a correr (W-R) y correr a caminar (R-W). Observe los cambios abruptos en la duración relativa de la postura y los patrones de activación muscular en las transiciones de la marcha a 1 gy no hay distinciones obvias en estos parámetros en la transición de caminar a correr a 0,16 g. (b) Representación esquemática de la suavidad de las transiciones de la marcha en función de la gravedad. La curva naranja simboliza la velocidad de transición de caminar-correr adimensional consistente con la teoría de la similitud dinámica (Fr

Curiosamente, la suavidad de las transiciones de la marcha va acompañada de un cambio gradual de la marcha de péndulo invertido a la marcha de rebote, lo que resulta en una carrera de péndulo invertido “paradójica” en las proximidades de las transiciones de correr-caminar y caminar-correr [18]. La fase de balanceo puede tener más influencia sobre la marcha de lo que se pensaba anteriormente. Por ejemplo, un balanceo relativamente más lento y excursiones de pie más largas (condición BWS inclinada, Figura 2 (c)) pueden plantear preguntas sobre la optimización o la comodidad de caminar y podrían explicar los modos de andar preferidos potencialmente diferentes, como el trote en la Luna observado en los astronautas del Apolo ( aunque el traje lunar limita el rango de movimiento en las articulaciones de las piernas y también puede contribuir a la marcha trotando en la Luna [9]). Los cambios resultantes en la coordinación intersegmental y entre miembros pueden, a su vez, afectar el movimiento COM. En general, los resultados apoyan la idea de buscar nuevas formas de locomoción (tanto bípedo como cuadrúpedo) en un entorno de heterogravedad [54] basándose en la interacción entre la dinámica de la postura y la pierna oscilante, el acoplamiento alterado entre las extremidades y el centro de movimientos de masas alterado.

Otras influencias significativas de la gravedad sobre las adaptaciones de la marcha a corto y largo plazo pueden estar relacionadas con sus efectos sobre la configuración de referencia corporal [48, 49] y los mecanismos anticipatorios de los movimientos de las extremidades y el cuerpo [55, 56]. Por ejemplo, la base de la postura humana habitual es el tono postural de los músculos esqueléticos y la microgravedad provoca cambios sustanciales en el tono muscular y la postura [48, 49]. Basándose en observaciones clínicas, se ha argumentado recientemente que cualquier reflexión sobre la naturaleza y la elección de la forma de andar preferida (p. Ej., Bípedo frente a cuadrúpedo) debe incluir una consideración de los mecanismos que determinan la elección de la postura habitual inconsciente [57]. Además, en analogía con los resultados basados ​​en los movimientos de las extremidades superiores relacionados con el tiempo de contacto [55] o la planificación del movimiento [58], los ajustes locomotores y posturales anticipatorios para los movimientos de las extremidades inferiores (p. Ej., Para el control del golpe del talón o colocación del pie) debe tener en cuenta la gravedad. Por lo tanto, las condiciones de gravedad alterada también pueden afectar las tareas relacionadas con el aparato locomotor, como la superación de obstrucciones estacionarias y en movimiento durante la marcha o el inicio / finalización de la marcha [56, 59, 60].

Finalmente, el repertorio de pasos conocidos se puede ampliar a una variedad de animales. Por ejemplo, en la Tierra solo unas pocas especies con patas, como los insectos zancudos y algunas aves acuáticas y lagartijas, pueden correr sobre el agua. Para la mayoría de las otras especies, incluidos los humanos, esto está impedido por el tamaño y las proporciones corporales, la falta de apéndices adecuados y la potencia muscular limitada. Sin embargo, si la gravedad se reduce a menos que la gravedad de la Tierra, correr sobre el agua debería requerir menos fuerza muscular. Recientemente, Minetti et al. [53] utilizó este modelo hidrodinámico de Glasheen y McMahon [61] para predecir los niveles de gravedad a los que los humanos deberían poder correr sobre el agua y probó la hipótesis en el laboratorio utilizando un simulador de gravedad reducida (Figura 5). Los resultados mostraron que un modelo hidrodinámico de lagartos basilisco que corren sobre el agua [61] también se puede aplicar a los humanos, a pesar de la enorme diferencia en el tamaño corporal y la morfología. Particularmente, el 22% de la gravedad de la Tierra es el máximo al que los humanos pueden correr sobre el agua, cuando son asistidos por una pequeña aleta rígida (Figura 5) [53]. También vale la pena señalar las limitaciones de nuestro sistema musculoesquelético para producir fuerza / potencia (resistencia), por ejemplo, la frecuencia de zancada en los humanos está limitada a aproximadamente 2 Hz, sea cual sea el planeta. En la Tierra, el animal más grande que puede correr sobre el agua es probablemente el somormujo occidental, e incluso estas aves pueden correr solo durante varios segundos, ya que la producción de fuerza es básicamente anaeróbica (los participantes en [53] podrían correr a la gravedad simulada de la "Luna" solo durante

10 s). Por el contrario, a gravedad reducida (Luna), estas aves podrían correr sobre el agua de una manera encantadora durante mucho más tiempo.


(a)
(B)
(a)
(B) Corriendo sobre agua a gravedad reducida simulada. La curva azul representa el impulso vertical neto disponible para correr sobre el agua, según lo predicho por el modelo utilizado por Minetti et al. [53]. Las barras representan el número de sujetos, de 6, capaces de evitar hundirse a diferentes valores de gravedad simulada. Ambas variables muestran que el 22% de la gravedad terrestre (

6. Implicaciones clínicas

La gravedad reducida también ofrece oportunidades únicas para ajustar los patrones básicos a las condiciones locomotoras alteradas para la rehabilitación de la marcha. Los sistemas de soporte del peso corporal junto con dispositivos robóticos o tratamientos farmacológicos se utilizan ahora a menudo en la práctica de rehabilitación para ayudar a la fisioterapia de personas con trastornos neurológicos. No revisaremos ningún análisis detallado de los resultados clínicos de la deambulación cuando se utilice el entrenamiento locomotor con sistemas de soporte del peso corporal y nos remitiremos a otras revisiones [64]. No obstante, cabe destacar un efecto facilitador de la falta de gravedad sobre la ritmogénesis y su potencial para la recuperación de la marcha.

Se están desarrollando nuevas estrategias farmacológicas [65] y técnicas de estimulación electromagnética [62, 66-68] destinadas a modular la actividad espinal y restaurar la función locomotora. El circuito generador de patrón central espinal (CPG) se puede activar fácilmente en humanos sanos en una posición de gravedad neutra aplicando entradas sensoriales tónicas centrales y periféricas. Para minimizar la interferencia con la tarea en curso de control del peso y el equilibrio del cuerpo, los movimientos de paso se provocan durante el paso en el aire en ausencia de influencias de la gravedad y resistencia externa. La Figura 6 ilustra ejemplos de movimientos rítmicos no voluntarios de las piernas suspendidas inducidos por la estimulación eléctrica del nervio peroneo [62] y durante la marcha manual [63]. Se ha sugerido que las estimulaciones multisensoriales funcionales y un acoplamiento neuronal funcional entre el brazo y las piernas pueden inspeccionar el acceso a las CPG mediante activaciones sensoriales y centrales y arrastrar las redes neuronales locomotoras y promover la recuperación de la marcha. Tales investigaciones pueden contribuir al desarrollo clínico de terapias moduladoras del generador de patrones centrales y tecnologías neuroprotésicas [65, 69].


(a)
(B)
(a)
(B) Provocar movimientos de paso involuntarios de las extremidades en condiciones de ingravidez simulada (gravedad neutra). (a) Un ejemplo de movimientos rítmicos no voluntarios de las piernas suspendidas inducidos por estimulación eléctrica (EE) del nervio peroneo del estudio de Selionov et al. [62]. Nótese la ausencia de rotaciones de la articulación del tobillo durante el paso de aire evocado. (b) Un ejemplo de movimientos rítmicos de piernas evocados durante la marcha manual en un sujeto del estudio de Sylos-Labini et al. [63]. RF, recto femoral, BF, bíceps femoral, TA, tibial anterior, LG, gastrocnemio lateral, FCU, flexor cubital del carpo, BIC, bíceps braquial, DELTa, deltoides anterior, ST y semitendinoso. La mano y el pie denotan desplazamientos anteroposteriores de la mano y el pie izquierdos.

7. Observaciones finales

Esta perspectiva esboza un enfoque interdisciplinario para ampliar nuestro conocimiento sobre la adaptación de la locomoción humana a un entorno de hipogravedad, incluidos aspectos biomecánicos, neurofisiológicos y comparativos, contramedidas de ejercicio efectivas para astronautas e incluso exobiología de nuevas formas de locomoción en diferentes planetas. Las herramientas y técnicas utilizadas para la simulación de la hipogravedad y sus efectos en la locomoción humana proporcionan nuevos conocimientos sobre nuestra comprensión de los efectos fisiológicos de la gravedad. El efecto beneficioso de la ingravidez sobre la ritmogénesis mejoraría aún más la utilidad de este enfoque y el desarrollo de tecnologías innovadoras para la rehabilitación de la marcha.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no existe ningún conflicto de intereses con respecto a la publicación de este artículo.

Expresiones de gratitud

Este trabajo fue apoyado por el Ministerio de Salud italiano, el Ministerio italiano de Universidad e Investigación (proyecto PRIN) y la Agencia Espacial Italiana (subvenciones DCMC, CRUSOE y COREA).

Referencias

  1. R. J. Full y D. E. Koditschek, "Plantillas y anclas: hipótesis neuromecánicas de la locomoción con patas en tierra", La Revista de Biología Experimental, vol. 202, no. 23, págs. 3325–3332, 1999. Ver en: Google Scholar
  2. A. E. Minetti, "Aspectos invariables de la locomoción humana en diferentes entornos gravitacionales", Acta Astronautica, vol. 49, no. 3 & # x201310, págs. 191–198, 2001. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  3. R. Margaria y G. A. Cavagna, "Locomoción humana en subgravedad", Medicina aeroespacial, vol. 35, págs. 1140–1146, 1964. Ver en: Google Scholar
  4. R. Kram, A. Domingo y D. P. Ferris, "Efecto de la gravedad reducida en la velocidad de transición preferida de caminar-correr", La Revista de Biología Experimental, vol. 200, no. 4, págs. 821–826, 1997. Ver en: Google Scholar
  5. J. M. Donelan y R. Kram, "El efecto de la gravedad reducida en la cinemática de la marcha humana: una prueba de la hipótesis de similitud dinámica para la locomoción", La Revista de Biología Experimental, vol. 200, no. 24, págs. 3193–3201, 1997. Ver en: Google Scholar
  6. B. L. Davis y P. R. Cavanagh, "Simulación de la gravedad reducida: una revisión de los problemas biomecánicos relacionados con la locomoción humana", Medicina espacial y ambiental de la aviación, vol. 64, no. 6, págs. 557–566, 1993. Ver en: Google Scholar
  7. F. Sylos-Labini, Y. P. Ivanenko, G. Cappellini, A. Portone, M. J. Maclellan y F. Lacquaniti, "Cambios en la cinemática de la marcha en diferentes simuladores de gravedad reducida", Diario de comportamiento motor, vol. 45, no. 6, págs. 495–505, 2013. Ver en: Google Scholar
  8. G. A. Cavagna, A. Zamboni, T. Faraggiana y R. Margaria, "Jumping on the moon: power output at different gravity values", Medicina aeroespacial, vol. 43, no. 4, págs. 408–414, 1972. Ver en: Google Scholar
  9. C. E. Carr y J. McGee, "El número de apolo: trajes espaciales, autosuficiencia y la transición de caminar a correr", Más uno, vol. 4, no. 8, ID de artículo e6614, 2009. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  10. G. A. Cavagna, P. A. Willems y N. C. Heglund, "El papel de la gravedad en la marcha humana: intercambio de energía pendular, trabajo externo y velocidad óptima", Revista de fisiología, vol. 528, parte 3, págs. 657–668, 2000. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  11. J. K. De Witt, G. P. Perusek, B. E. Lewandowski et al., "Locomoción en microgravedad simulada y real: suspensión horizontal frente a vuelo parabólico", Medicina espacial y ambiental de la aviación, vol. 81, no. 12, págs. 1092–1099, 2010. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  12. F. Gazzani, A. Fadda, M. Torre y V. Macellari, "WARD: un sistema neumático para aliviar el peso corporal en la rehabilitación de la marcha", Transacciones IEEE sobre ingeniería de rehabilitación, vol. 8, no. 4, págs. 506–513, 2000. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  13. A. M. Grabowski y R. Kram, "Efectos de la velocidad y el soporte de peso en las fuerzas de reacción del suelo y la potencia metabólica durante la carrera", Revista de biomecánica aplicada, vol. 24, no. 3, págs. 288–297, 2008. Ver en: Google Scholar
  14. J. P. He, R. Kram y T. A. McMahon, "Mechanics of running under simulated low gravity", Revista de fisiología aplicada, vol. 71, no. 3, págs. 863–870, 1991. Ver en: Google Scholar
  15. V. A. Bogdanov, V. S. Gurfinkel y V. E. Panfilov, "Movimiento humano en condiciones de gravedad lunar (Rendimiento humano en diversas tareas de locomotoras en condiciones de gravedad lunar reducida simuladas, clasificación de bancos de pruebas y equipo)", Kosmicheskaya Biologiya i Meditsina, vol. 5, págs. 3 a 13, 1971. Ver en: Google Scholar
  16. J. R. Hansen, Revolución de los vuelos espaciales: Centro de Investigación Langley de la NASA desde el Sputnik hasta el Apolo, Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Washington, DC, EE. UU., 1995.
  17. D. E. Hewes, "Simuladores de gravedad reducida para estudios de la movilidad del hombre y la # x2019s en el espacio y en la luna", Factores humanos, vol. 11, no. 5, págs. 419–431, 1969. Ver en: Google Scholar
  18. Y. P. Ivanenko, F. Sylos-Labini, G. Cappellini, V. Macellari, J. McIntyre y F. Lacquaniti, "Transiciones de la marcha en gravedad reducida simulada", Revista de fisiología aplicada, vol. 110, no. 3, págs. 781–788, 2011. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  19. F. Sylos-Labini, Y. P. Ivanenko, G. Cappellini, S. Gravano y F. Lacquaniti, "Cambios suaves en los patrones de EMG durante las transiciones de la marcha bajo descarga de peso corporal", Revista de neurofisiología, vol. 106, no. 3, págs. 1525–1536, 2011. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  20. K. O. Genc, ​​V. E. Mandes y P. R. Cavanagh, "Reemplazo por gravedad durante la carrera en microgravedad simulada", Medicina espacial y ambiental de la aviación, vol. 77, no. 11, págs. 1117–1124, 2006. Ver en: Google Scholar
  21. J. L. McCrory, H. A. Baron, S. Balkin y P. R. Cavanagh, "Locomoción en microgravedad simulada: cargas de reemplazo por gravedad", Medicina espacial y ambiental de la aviación, vol. 73, no. 7, págs. 625–631, 2002. Ver en: Google Scholar
  22. Q. Lu, C. Ortega y O. Ma, "Mecanismos pasivos de compensación de la gravedad: tecnologías y aplicaciones", Patentes recientes de ingeniería, vol. 5, no. 1, págs. 32–44, 2011. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  23. O. Ma y J. Wang, "Aparato y método para la simulación de gravedad reducida", 2012. Ver en: Google Scholar
  24. Q. Lu, J. McAvoy y O. Ma, "Un estudio de simulación de un simulador de gravedad reducida para simular el salto y la marcha humana en un entorno de gravedad reducida", en Actas de la Conferencia de Control y Sistemas Dinámicos de ASME, 2009. Ver en: Google Scholar
  25. A. E. Minetti, "Walking on other planets", Naturaleza, vol. 409, no. 6819, págs. 467–469, 2001. Ver en: Google Scholar
  26. T. M. Griffin, N. A. Tolani y R. Kram, "Caminar en gravedad reducida simulada: fluctuaciones e intercambio de energía mecánica", Revista de fisiología aplicada, vol. 86, no. 1, págs. 383–390, 1999. Ver en: Google Scholar
  27. G. A.Cavagna, P. A. Willams y N. C. Heglund, "Walking on Mars", Naturaleza, vol. 393, no. 6686, artículo 636, 1998. Ver en: Google Scholar
  28. Y. P. Ivanenko, R. Grasso, V. Macellari y F. Lacquaniti, "Control de la trayectoria del pie en la locomoción humana: papel de las fuerzas de contacto con el suelo en la gravedad reducida simulada", Revista de neurofisiología, vol. 87, no. 6, págs. 3070–3089, 2002. Ver en: Google Scholar
  29. R. Alexander McN., "Optimización y marcha en la locomoción de vertebrados", Revisiones fisiológicas, vol. 69, no. 4, págs. 1199–1227, 1989. Ver en: Google Scholar
  30. F. Leurs, Y. P. Ivanenko, A. Bengoetxea et al., "Velocidad óptima al caminar después de cambios en la geometría de las extremidades", La Revista de Biología Experimental, vol. 214, parte 13, págs. 2276–2282, 2011. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  31. D. A. Raichlen, "Los efectos de la gravedad en la marcha humana: una nueva prueba de la hipótesis de similitud dinámica utilizando un modelo predictivo", La Revista de Biología Experimental, vol. 211, no. 17, págs. 2767–2772, 2008. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  32. Y. Osaki, M. Kunin, B. Cohen y T. Raphan, "Cinemática y dinámica tridimensionales del pie durante la marcha: un modelo de mecanismos de control central", Investigación experimental del cerebro, vol. 176, no. 3, págs. 476–496, 2007. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  33. J. F. Roberts, "Respuestas al caminar bajo condiciones lunares y de baja gravedad", AMRL-TR 6570th, Laboratorio de Investigación Médica Aeroespacial, 1963. Ver en: Google Scholar
  34. S. H. Scott y D. A. Winter, "Modelo biomecánico del pie humano: cinemática y cinética durante la fase de apoyo al caminar", Revista de biomecánica, vol. 26, no. 9, págs. 1091–1104, 1993. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  35. S. J. Harkema, S. L. Hurley, U. K. Patel, P. S. Requejo, B. H. Dobkin y V. R. Edgerton, "La médula espinal lumbosacra humana interpreta la carga durante el paso", Revista de neurofisiología, vol. 77, no. 2, págs. 797–811, 1997. Ver en: Google Scholar
  36. J. Duysens, F. Clarac y H. Cruse, "Mecanismos de regulación de la carga en la marcha y la postura: aspectos comparativos", Revisiones fisiológicas, vol. 80, no. 1, págs. 83-133, 2000. Ver en: Google Scholar
  37. D. A. Invierno, La biomecánica y el control motor de la marcha humana: normal, anciana y patológica, Universidad de Waterloo Press, Waterloo, Canadá, 1991.
  38. K. G. Pearson, "Principios comunes de control motor en vertebrados e invertebrados", Revisión anual de neurociencia, vol. 16, págs. 265–297, 1993. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  39. K. G. Pearson, "Regulación propioceptiva de la locomoción", Opinión actual en neurobiología, vol. 5, no. 6, págs. 786–791, 1995. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  40. J. Duysens, B. M. H. van Wezel, H. W. A. ​​A. van de Crommert, M. Faist y J. G. M. Kooloos, "El papel de la retroalimentación aferente en el control de la actividad de los isquiotibiales durante la marcha humana", Revista europea de morfología, vol. 36, no. 4-5, págs. 293–299, 1998. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  41. L. Finch, H. Barbeau y B. Arsenault, "Influencia del apoyo del peso corporal en la marcha humana normal: desarrollo de una estrategia de reentrenamiento de la marcha", Terapia física, vol. 71, no. 11, págs. 842–855, 1991. Ver en: Google Scholar
  42. J. C. Moreno, F. Barroso, D. Farina et al., "Efectos de la guía robótica en la coordinación de la locomoción", Revista de Neuroingeniería y Rehabilitación, vol. 10, no. 1, artículo 79, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  43. A. R. den Otter, A. C. H. Geurts, T. Mulder y J. Duysens, "Cambios relacionados con la velocidad en la actividad muscular de velocidades normales a muy lentas", Marcha y postura, vol. 19, no. 3, págs. 270–278, 2004. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  44. F. Saibene y A. E. Minetti, "Aspectos biomecánicos y fisiológicos de la locomoción de patas en humanos", Revista europea de fisiología aplicada, vol. 88, no. 4-5, págs. 297–316, 2003. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  45. Y. P. Ivanenko, R. E. Poppele y F. Lacquaniti, "Mapas de la médula espinal de la activación de la motoneurona alfa espaciotemporal en humanos que caminan a diferentes velocidades", Revista de neurofisiología, vol. 95, no. 2, págs. 602–618, 2006. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  46. A. P & # xe9pin, K. E. Norman y H. Barbeau, "Caminar en cinta rodante en sujetos con lesión de médula espinal incompleta: 1. Adaptación a los cambios de velocidad", Médula espinal, vol. 41, no. 5, págs. 257–270, 2003. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  47. F. Sylos-Labini, V. La Scaleia, I. Pisotta et al., "Patrones EMG durante la marcha asistida en el exoesqueleto", Fronteras en neurociencia humana, vol. 8, artículo 423, 2014. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  48. J. Massion, K. Popov, J.-C. Fabre, P. Rage y V. Gurfinkel, "¿La postura erguida en microgravedad se basa en el control de la orientación del tronco o la posición del centro de masa?" Investigación experimental del cerebro, vol. 114, no. 2, págs. 384–389, 1997. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  49. G. Andreoni, C. Rigotti, G. Baroni, G. Ferrigno, N. A. Colford y A. Pedotti, "Análisis cuantitativo de la postura corporal neutra en microgravedad prolongada", Marcha y postura # x26, vol. 12, no. 3, págs. 235–242, 2000. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  50. S. M. Gatesy y A. A. Biewener, "Locomoción bípeda: efectos de la velocidad, el tamaño y la postura de las extremidades en aves y seres humanos", Revista de zoología, vol. 224, no. 1, págs. 127–147, 1991. Ver en: Google Scholar
  51. J. Rubenson, D. B. Heliams, D. G. Lloyd y P. A. Fournier, "Selección de la marcha en el avestruz: características mecánicas y metabólicas de caminar y correr con y sin fase aérea", Actas de la Royal Society B: Ciencias biológicas, vol. 271, no. 1543, págs. 1091–1099, 2004. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  52. L. Ren y J. R. Hutchinson, “La dinámica locomotora tridimensional de África (Loxodonta africana) y asiático (Elephas maximus) los elefantes revelan una transición suave en la marcha a una velocidad moderada ", Revista de la interfaz de la Royal Society, vol. 5, no. 19, págs. 195–211, 2008. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  53. A. E. Minetti, Y. P. Ivanenko, G. Cappellini, N. Dominici y F. Lacquaniti, "Seres humanos corriendo en el agua a gravedad reducida simulada", Más uno, vol. 7, no. 7, ID de artículo e37300, 2012. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  54. M. Srinivasan y A. Ruina, "La optimización informática de un modelo bípedo mínimo descubre caminar y correr" Naturaleza, vol. 439, no. 7072, págs. 72–75, 2006. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  55. J. McIntyre, M. Zago, A. Berthoz y F. Lacquaniti, "¿El cerebro modela las leyes de Newton?" Neurociencia de la naturaleza, vol. 4, no. 7, págs. 693–694, 2001. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  56. G. Cl & # xe9ment, V. S. Gurfinkel, F. Lestienne, M. I. Lipshits y K. E. Popov, "Adaptación del control postural a la ingravidez", Investigación experimental del cerebro, vol. 57, no. 1, págs. 61–72, 1984. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  57. Y. P. Ivanenko, W. G. Wright, R. J. St George y V. S. Gurfinkel, "Orientación, estabilidad y cuadrúpedalismo del tronco", Fronteras en neurología, vol. 4, artículo 20, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  58. C. Papaxanthis, T. Pozzo, K. E. Popov y J. McIntyre, “Trayectorias de la mano de los movimientos verticales de los brazos en entornos de un G y un G cero. Evidencia de una representación central de la fuerza gravitacional " Investigación experimental del cerebro, vol. 120, no. 4, págs. 496–502, 1998. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  59. P. Crenna, D. M. Cuong e Y. Br & # xe9ni & # xe8re, "Programas motores para la terminación de la marcha en humanos: organización y adaptación dependiente de la velocidad", Revista de fisiología, vol. 537, no. 3, págs. 1059–1072, 2001. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  60. B. J. McFadyen y H. Carnahan, "Ajustes locomotores anticipatorios para adaptarse versus evitar cambios de nivel en humanos", Investigación experimental del cerebro, vol. 114, no. 3, págs. 500–506, 1997. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  61. J. W. Glasheen y T. A. McMahon, “Dependencia del tamaño de la capacidad de correr el agua en lagartos basilisco (Basiliscus basiliscus),” La Revista de Biología Experimental, vol. 199, no. 12, págs. 2611–2618, 1996. Ver en: Google Scholar
  62. V. A. Selionov, Y. P. Ivanenko, I. A. Solopova y V. S. Gurfinkel, "Los estímulos tónicos centrales y sensoriales facilitan el paso de aire involuntario en humanos", Revista de neurofisiología, vol. 101, no. 6, págs. 2847–2858, 2009. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  63. F. Sylos-Labini, Y. P. Ivanenko, M. J. Maclellan, G. Cappellini, R. E. Poppele y F. Lacquaniti, "Movimientos locomotores de piernas evocados por movimientos rítmicos de brazos en humanos", Más uno, vol. 9, no. 3, ID de artículo e90775, 2014. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  64. P. Sale, M. Franceschini, A. Waldner y S. Hesse, "Uso de la terapia de marcha asistida por robot en la rehabilitación de pacientes con accidente cerebrovascular y lesión de la médula espinal", Revista europea de medicina física y rehabilitación, vol. 48, no. 1, págs. 111–121, 2012. Ver en: Google Scholar
  65. P. A. Guertin, “Evidencia preclínica que respalda el desarrollo clínico de terapias moduladoras del generador de patrones centrales para pacientes con lesión crónica de la médula espinal”, 2014. Ver en: Google Scholar
  66. Y. Gerasimenko, P. Musienko, I. Bogacheva et al., "Bypass propioespinal del sistema serotoninérgico que puede facilitar el paso", Revista de neurociencia, vol. 29, no. 17, págs. 5681–5689, 2009. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  67. V. A. Selionov, I. A. Solopova, D. S. Zhvansky et al., "Falta de respuestas escalonadas no voluntarias en la enfermedad de Parkinson", Neurociencia, vol. 235, págs. 96–108, 2013. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  68. C. A. Angeli, V. R. Edgerton, Y. P. Gerasimenko y S. J. Harkema, "La alteración de la excitabilidad de la médula espinal permite movimientos voluntarios después de una parálisis crónica completa en humanos", Cerebro, 2014. Ver en: Sitio del editor | Google Académico
  69. D. Borton, M. Bonizzato, J. Beauparlant et al., "Neuroprótesis corticoespinales para restaurar la locomoción después de una lesión de la médula espinal", Investigación en neurociencia, vol. 78, págs. 21–29, 2014. Ver en: Google Scholar

Derechos de autor

Copyright & # xA9 2014 Francesca Sylos-Labini et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo la licencia de atribución de Creative Commons, que permite el uso, distribución y reproducción sin restricciones en cualquier medio, siempre que el trabajo original se cite correctamente.


Experimentos de gravedad cero

Investigadores de la Louisiana Tech University flotarán sobre el Golfo de México este mes para realizar pruebas de gravedad cero de un instrumento de análisis de ADN experimental desarrollado en Tech que podría beneficiar a los futuros astronautas de la NASA.

El Dr. Niel Crews, profesor asistente de ingeniería mecánica, y Collin Tranter, un estudiante graduado del Instituto de Micromanufactura (IfM) dicen que el instrumento podría usarse para monitorear la salud de los astronautas expuestos a la radiación cósmica más allá de la atmósfera protectora de la Tierra.

"Nuestro objetivo es comprender cómo se comporta el sistema en condiciones similares al despliegue real en misiones espaciales", dijo Crews. Los dispositivos desarrollados por Louisiana Tech son beneficiosos para la NASA porque son pequeños, consumen menos energía y requieren poca o ninguna operación humana.

Los investigadores de Louisiana Tech se someterán a condiciones extremas para realizar pruebas sensibles del dispositivo en miniatura. La NASA ha utilizado estos mismos vuelos para entrenar a sus astronautas.

El instrumento atrajo la atención de los científicos de la NASA para su posible uso en la Estación Espacial Internacional, durante viajes interplanetarios e incluso para misiones no tripuladas para buscar vida dentro del Sistema Solar.

"Esperamos que al trabajar con la NASA, uno de nuestros dispositivos de análisis de ADN se envíe a la órbita para estudiar los efectos de los entornos espaciales en los seres vivos, primero estudiando el ADN y luego las células", dijo Tranter. "Primero deben realizarse algunas pruebas adicionales, como asegurarse de que el dispositivo funcione correctamente en condiciones de baja gravedad. Esto se hará en un vuelo de avión parabólico con suerte antes de fin de año".

Las pruebas se llevarán a cabo en un avión de la NASA que opera desde Ellington Field en el Johnson Space Center en Houston. El patrón de vuelo consistirá en cuarenta inmersiones empinadas y ascensos sobre el Golfo de México. Una inmersión controlada de casi 10,000 pies en menos de un minuto resultará en aproximadamente 20 segundos de ingravidez para los investigadores y la carga útil a bordo. Un ascenso abrupto de regreso a la altitud inicial creará una fuerza gravitacional el doble de la cantidad normal.

Incluso Hollywood se ha metido en el acto, utilizando estos vuelos para representar la ingravidez en la pantalla grande. Todas las escenas de gravedad cero de la película Apollo 13 fueron filmadas durante estos vuelos. La alternancia entre la gravedad cero y las fuerzas 2G puede desorientar tanto que los astronautas de la NASA llaman a la aeronave el "cometa vómito".

La NASA seleccionó recientemente este sistema para una serie de vuelos de una semana como parte de su programa de Acceso facilitado al entorno espacial para la tecnología (FAST), que se centra en la expansión de nuevas tecnologías para su uso en aplicaciones de vuelos espaciales.

Tranter está cursando un doctorado. en Ingeniería de Nanosistemas en Louisiana Tech y continuará trabajando con Crews en el proyecto. Dice que esperan saber muy pronto si su dispositivo puede resistir los entornos espaciales.

"La baja gravedad puede causar todo tipo de problemas impredecibles", dijo Tranter. "Con el tiempo, espero que nuestro sistema pueda revelar más sobre los efectos de la radiación espacial en el ADN y las células, dando lugar a opciones para la exploración y los viajes espaciales seguros por parte de los humanos. Nuestro laboratorio ha estudiado algunos efectos de la radiación en el ADN, como la exposición a los rayos UV, pero nada sobre La Tierra se compara con los entornos que esperamos estudiar fuera de la atmósfera terrestre ".


Atrofia muscular y osteoporosis.

Uno de los principales efectos de la ingravidez a más largo plazo es la pérdida de masa muscular y ósea. En ausencia de gravedad, no hay carga de peso en los músculos de la espalda y las piernas, por lo que comienzan a debilitarse y encogerse. En algunos músculos, la degeneración es rápida y, sin ejercicio regular, los astronautas pueden perder hasta el 20 por ciento de su masa muscular en 5 a 11 días.

Debido a la falta de presión mecánica sobre el hueso, la masa ósea se pierde a una tasa del uno y medio por ciento en solo un mes en un ambiente de gravedad cero, en comparación con aproximadamente el tres por ciento por década en una persona sana en un ambiente normal. La pérdida de masa afecta principalmente a las vértebras inferiores de la columna, la articulación de la cadera y el fémur. Debido al rápido cambio de densidad, los huesos pueden volverse frágiles y presentar síntomas similares a los de la osteoporosis.

Incluso los procesos de destrucción y construcción de huesos cambian cuando se está en el espacio. En la Tierra, los huesos se destruyen y renuevan con regularidad mediante un sistema bien equilibrado de células destructoras de huesos y células de formación de huesos. Siempre que se destruye algo de tejido óseo, nuevas capas ocupan su lugar, estos dos procesos se acoplan entre sí. En el espacio, sin embargo, se observa un aumento en la actividad de las células destructoras de huesos, debido a la falta de gravedad, y los huesos se descomponen en minerales que son absorbidos por el cuerpo.

Los estudios en ratones han demostrado que después de 16 días en gravedad cero hay un aumento en la cantidad de células destructoras de huesos y una disminución en la cantidad de células formadoras de huesos, así como una disminución en la concentración de factores de crecimiento conocidos por su capacidad para ayudar a crear hueso nuevo. El aumento de los niveles de calcio en la sangre del hueso que se desintegra provoca una calcificación peligrosa de los tejidos blandos y aumenta el potencial de formación de cálculos renales.

Los astronautas muestran un aumento en la actividad de las células destructoras de huesos, particularmente en el área pélvica, que generalmente soporta la mayor parte de la carga en condiciones normales de gravedad. Sin embargo, a diferencia de los pacientes con osteoporosis, los astronautas que permanecieron en el espacio de tres a cuatro meses, recuperan su densidad ósea normal después de un período de dos a tres años en la Tierra.


Efectos biológicos inducidos por campos electromagnéticos en humanos

La exposición a campos electromagnéticos de radiofrecuencia (CEM) artificiales ha aumentado significativamente en las últimas décadas. Por lo tanto, existe un creciente interés científico y social en su influencia en la salud, incluso con una exposición significativamente por debajo de los estándares aplicables. La intensidad de la radiación electromagnética en el entorno humano está aumentando y actualmente alcanza niveles astronómicos que nunca antes habíamos experimentado en nuestro planeta. El proceso más influyente del impacto de los campos electromagnéticos en los organismos vivos es su penetración directa en los tejidos. Los estándares de exposición a los campos electromagnéticos establecidos actualmente en Polonia y en el resto del mundo se basan en el efecto térmico. Es bien sabido que los campos electromagnéticos débiles podrían causar todo tipo de efectos no térmicos dramáticos en las células, tejidos y órganos del cuerpo. Los síntomas observados difícilmente pueden asignarse a otros factores ambientales que ocurren simultáneamente en el ambiente humano. Aunque todavía hay discusiones en curso sobre los efectos no térmicos de la influencia de los CEM, el 31 de mayo de 2011, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC), la Agenda de la Organización Mundial de la Salud (OMS) clasificó los campos radio electromagnéticos, a un categoría 2B como potencialmente cancerígeno. Los campos electromagnéticos pueden ser peligrosos no solo por el riesgo de cáncer, sino también por otros problemas de salud, incluida la hipersensibilidad electromagnética (EHS).La hipersensibilidad electromagnética (EHS) es un fenómeno caracterizado por la aparición de síntomas tras la exposición de las personas a campos electromagnéticos, generado por EHS se caracteriza por ser un síndrome con un amplio espectro de síntomas multiorgánicos inespecíficos que incluyen procesos inflamatorios tanto agudos como crónicos localizados principalmente en la piel y el sistema nervioso, así como en los sistemas respiratorio, cardiovascular y musculoesquelético. La OMS no considera al EHS como una enfermedad, definida sobre la base del diagnóstico médico y los síntomas asociados con cualquier síndrome conocido. Los síntomas pueden estar asociados con una sola fuente de EMF o derivarse de una combinación de muchas fuentes. Los síntomas reportados asociados con campos electromagnéticos se caracterizan por el efecto de superposición con otros individuos con estos síntomas que exhiben un amplio espectro de manifestaciones clínicas, relacionadas con la exposición a una o múltiples fuentes de EMF. El fenómeno de hipersensibilidad electromagnética en forma de enfermedad dermatológica está asociado con la mastocitosis. Las biopsias tomadas de lesiones cutáneas de pacientes con EHS indicaron la infiltración de las capas cutáneas de la epidermis con mastocitos y su desgranulación, así como la liberación de mediadores de reacciones anafilácticas como histamina, quimasa y triptasa. El número de personas que sufren de EHS en el mundo está creciendo y se describen a sí mismas como severamente disfuncionales, mostrando síntomas no específicos de múltiples órganos al exponerse a dosis bajas de radiación electromagnética, a menudo asociados con hipersensibilidad a muchos agentes químicos (Sensibilidad Química Múltiple-MCS) y / u otras intolerancias ambientales (Enfermedad Relacionada con la Sensibilidad-SRI).