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El Jefe de la Nación Espacial, el Dr. Igor Ashurbeyli, anunció la principal misión científica de Asgardia: el nacimiento del primer bebé en el espacio para garantizar la inmortalidad de la raza humana en el universo. Para alcanzarlo es necesario crear tecnologías de gravedad artificial y de protección contra la radiación cósmica. A continuación, les contaremos qué inventos en dicho campo existen hoy en día en el mundo científico. Hoy hablaremos de la centrifugadora de radio corto, un desarrollo del socio estratégico de Asgardia, que es el Instituto de Problemas Biomédicos de la ACR.

Jefe de la Nación Espacial Dr. Igor Ashurbeyli y Director del Instituto de Problemas Biomédicos de la Academia de Ciencias de Rusia Académico Oleg Orlov en la instalación de pruebas «Centrifugadora de radio corto». Visita al IPBM, el 5 de diciembre de 2023. 

El Instituto de Problemas Biomédicos ha desarrollado una instalación única para crear gravedad artificial en ingravidez. Al acelerar, la centrifugadora de radio corto es capaz de proporcionar la gravedad tan necesaria para el cuerpo humano durante los vuelos espaciales largos.

Nuestra corresponsal Natalia Burtseva experimentó en directo la operación de la centrifugadora.

Preparativos para la prueba

En uno de los edificios del IPBM – Instituto de Problemas Biomédicos – se encuentra un insólito «tiovivo»: dos cabinas, un nodo que las conecta en el medio, donde está el motor.

«La centrifugadora de radio corto fue creada con la ayuda de nuestros ingenieros aeroespaciales. Es un desarrollo innovador con un grado de seguridad bastante alto», nota Dmitri Merekin, uno de los principales ingenieros del IPBM. «La instalación es absolutamente segura para los sujetos de pruebas y tiene posibilidades de uso científico ilimitadas».

Todo está hecho para el futuro, con la perspectiva de crear una versión de a bordo de la centrifugadora para su uso en un módulo especial de una estación espacial o nave interplanetaria: el diseño de la centrifugadora presupone su modernización posterior. El laboratorio del IPBM dispone de un modelo experimental de la centrifugadora. Para su instalación a bordo de la estación espacial sus dimensiones deben reducirse considerablemente.

Gracias a una instalación de este tipo, se puede recrear un estímulo gravitatorio a bordo de la estación espacial durante un breve periodo de tiempo. Girar en una centrifugadora de radio corto es una contramedida para proteger el cuerpo humano de las consecuencias de una larga estancia en ingravidez. Su eficacia ya ha sido comprobada en numerosos ensayos en la Tierra, incluidos los realizados con cosmonautas.

La instalación experimental permite girar a dos personas a la vez. El ordenador establece los parámetros del sujeto de pruebas: su edad, peso, altura y distancia al eje de rotación. El programa calcula distintos niveles de fuerza gravitatoria para la cabeza, el corazón y los pies.

«Antes de realizar la prueba, hay que instalar una cámara de vídeo para observar continuamente al sujeto y evaluar rápidamente los cambios externos en su rostro, incluidas las reacciones emocionales», señala Dmitri.

Estuvo en el origen de la centrifugadora, y él mismo ha girado en ella muchas veces.

«Y ¿cómo podía ser de otra manera? Mientras se ensamblaba y se modernizaba la instalación, todos los cambios en el diseño claro que se probaban en nosotros mismos durante los giros de ensayo para entender cómo sería mejor, más seguro y más cómodo para los sujetos de pruebas». Las capacidades técnicas de la instalación son magníficas.

«En el proceso de investigación hay un control médico continuo de los cambios en los sistemas cardiovascular y respiratorio del sujeto de pruebas», explica Milena Koloteva, Investigadora Principal del Laboratorio de Fisiología de la Aceleración y de la Gravedad Artificial del IPBM.

Los sensores e instrumentos permiten a los médicos monitorear el estado del sujeto de pruebas, tomar decisiones rápidas e interrumpir la investigación en caso de que se sienta peor la persona en la instalación.

Casi un siglo desde la idea hasta su materialización

La idea de crear gravedad artificial pertenece a Konstantin Tsiolkovski y fue propuesta a principios del siglo XX. Más tarde fue apoyada por Serguéi Korolev y Wernher von Braun. Pero no fue hasta mediados del siglo pasado cuando se inició su materialización tecnológica.

«La primera centrifugadora de radio corto fue creada en nuestro instituto», comenta Milena Koloteva. «La instalación que tiene delante ya es una centrifugadora de cuarta generación. Es la encarnación de todos los logros y tiene en cuenta todas las deficiencias de las centrifugadoras desarrolladas en distintos países del mundo: japonesas, alemanas, estadounidenses».

El nuevo desarrollo permitirá hacer realidad absolutamente cualquier idea relacionada con la creación de gravedad artificial. Para tener bien claro qué tipo de diseño debe haber a bordo de la EEI, todas las cuestiones relacionadas con el uso de la instalación en el espacio deben resolverse por completo en la Tierra.

«Cuanto más tiempo pasan los cosmonautas en ingravidez, más pierden los «estímulos gravitatorios». En el espacio desaparecen la presión sanguínea hidrostática y la carga de masa sobre el sistema musculoesquelético, y se producen cambios en el funcionamiento de los sistemas aferentes. En particular, no hay sensación de soporte. Y para los cosmonautas, se trata de una sensación muy deseable. Y nuestra centrifugadora les ayudará a no olvidarla».

Milena Koloteva, Investigadora Principal, Laboratorio de Fisiología de la Aceleración y de la Gravedad Artificial del IPBM

Milena Koloteva habla de la vasta experiencia acumulada por los especialistas del IPBM en el ámbito del apoyo médico a los vuelos espaciales. Dicha experiencia demuestra el impacto negativo de la ingravidez en el cuerpo humano: permanecer en ingravidez provoca una disminución de las capacidades funcionales y del rendimiento.

Antes del experimento Milena destaca: es importante registrar la mayor cantidad posible de datos subjetivos (impresiones propias de los sujetos de pruebas) y fisiológicos médicos objetivos para formar la base científica necesaria, que servirá para resolver un abanico muy amplio de cuestiones, incluida la búsqueda de modos de exposición óptimos en la centrifugadora.

«La idea del experimento es, entre otras cosas, obtener directamente la mayor cantidad posible de impresiones subjetivas y datos fisiológicos del sujeto de pruebas durante cada fase de rotación. Los modos de rotación en la instalación deben practicarse en la Tierra al máximo para que la estancia de los cosmonautas en el espacio sea provechosa y cómoda».

En el campo de la medicina espacial las centrifugadoras se utilizan de dos maneras.

Su uso tradicional en la práctica de la medicina aeronáutica y espacial consiste principalmente en estudiar la tolerancia de los animales y de los seres humanos a la fuerza de gravedad de varias direcciones y características físicas; desarrollar y probar varios métodos y dispositivos de protección contra la fuerza de gravedad; determinar la resistencia de los pilotos y cosmonautas a la fuerza de gravedad durante la selección y recertificación médica, el entrenamiento de los cosmonautas, etc.

Para estos fines las instalaciones más adecuadas son centrifugadoras de radio medio (de unos 7 m), disponibles en el CEI de la FR, el IPBM de la ACR (IPBM) y en el IICER del CEC  Yuri Gagarin (CEC), o centrifugadoras de radio grande (18 m): tal centrifugadora está instalada en el CEC. Dichas centrifugadoras son muy adecuadas para las tareas de selección y entrenamiento de cosmonautas.

La segunda dirección en medicina espacial, para la que se pueden utilizar centrifugadoras, es el problema de la gravedad artificial (GA) creada en vuelo espacial con la ayuda de una centrifugadora instalada a bordo de una nave espacial tripulada.

Para abordar estas prometedoras tareas pendientes se necesita una instalación de laboratorio en tierra, denominada por tradición «centrifugadora de radio corto» (CRC).

El desarrollo del problema de crear a bordo de una nave espacial interplanetaria una instalación especial para combatir el impacto adverso de la ingravidez en el cuerpo humano – la CRC – forma parte integrante del programa de apoyo médico a misiones tripuladas largas y está destinado, junto con las contramedidas tradicionales, a mantener, a un nuevo nivel cualitativo, la salud y el rendimiento de los cosmonautas; protegerlos del impacto adverso de la ingravidez y reducir el periodo de su readaptación tras el regreso a la Tierra.

Para lograr un efecto significativo, en órbita los astronautas deben hacer ejercicio en la CRC constantemente, por ejemplo, dos horas al día. Incluso es posible dormir en la centrifugadora durante su vuelo a planetas lejanos. A la hora de modernizar la instalación y los métodos correspondientes, los científicos tendrán que tener en cuenta no sólo la ergonomía del espacio limitado de la estación espacial, sino también el tiempo de los cosmonautas, extremadamente caro en todos los sentidos, para que el perfeccionamiento diario de los métodos preventivos no consuma demasiado de este valioso tiempo, sin dejar de ser eficaz.

Rotación en la centrifugadora: cuerpo en posición horizontal, sangre en dirección vertical

El sujeto de prueba tiene un mando especial con botones: el que está en el medio debe mantenerse pulsado todo el tiempo que la persona permanezca en la centrifugadora para indicar su estado. Si se suelta el botón, la centrifugadora se parará inmediatamente, ya que esto sería señal de desvanecimiento.

Hay otro botón: grande y rojo. Uno tiene que pulsarlo en cuanto se enciendan las luces rojas perimetrales.

Así pues, empieza a dar vueltas. La velocidad aumenta: una revolución, dos, tres. La centrifugadora se acelera. Cuando la sangre empieza a redistribuirse, yéndose de la cabeza, la visión periférica se hace borrosa. Es entonces cuando comienza la prueba. Las luces rojas se encienden, y hay que apagarlas inmediatamente.

Al alcanzar la velocidad de giro, la centrifugadora avanza hasta el nivel de dos unidades. Mientras gira, uno tiene la clara sensación de estar de pie: la pesadez de las piernas es la misma que al andar. El cerebro se da cuenta de que el cuerpo está en posición horizontal, pero la sangre se distribuye como si estuvieras en posición vertical.

«¿Hay algún cambio en cómo se siente?» las preguntas son constantes, es importante para los especialistas informarse sobre el estado en cada momento de la prueba.

Poco a poco me voy sintiendo más cómoda. Se puede girar durante 30 minutos sin daño….

Todos los cosmonautas en órbita sueñan con un estado así. En ingravidez se produce una salida de sangre de las piernas a la parte superior del cuerpo, a la cabeza. Esto provoca atrofia muscular, y los cosmonautas prácticamente pierden la habilidad de caminar al regresar a la Tierra.

«La adaptación a la ingravidez se produce con bastante rapidez», afirma Milena Koloteva. «El complejo de contramedidas desarrollado por los especialistas de nuestro instituto para prevenir el impacto adverso de la ingravidez permite garantizar la estancia y el rendimiento de los cosmonautas en las condiciones de los vuelos orbitales a largo plazo, es decir, durante un año hasta un año y medio. Sin embargo, a pesar de las contramedidas aplicadas, los fenómenos de desentrenamiento se desarrollan en muchos órganos y sistemas corporales y persisten durante un mes y medio hasta dos meses después de volver a la Tierra, incluso con la aplicación de un conjunto de medidas de rehabilitación y tratamiento, y los cambios en el tejido óseo persisten hasta dos o tres años».

El brusco reajuste a la gravedad terrestre que se produce en el cuerpo humano durante el descenso es desfavorable sobre todo para el sistema cardiovascular. Las rotaciones periódicas en una centrifugadora de radio corto en ingravidez compensan de forma artificial los efectos del entorno gravitatorio.

Toroide giratorio

Es posible obtener gravedad artificial de dos maneras. Una de ellas consiste en girar la nave alrededor de su eje, creando el llamado toroide giratorio, como se muestra en muchas películas de ciencia ficción.

«Es una idea genial, muy bella. El equivalente de la gravedad terrestre en una nave espacial puede ser la fuerza centrífuga creada por la rotación uniforme de todo el objeto o de su parte. Por desgracia, nadie en el mundo está técnicamente preparado para proporcionar en órbita la rotación uniforme de un módulo o de una parte de una nave espacial interplanetaria», comenta Milena Koloteva. «El medio técnicamente más viable para reproducir los estímulos gravitatorios ausentes en condiciones de ingravidez ultralarga puede ser la creación de gravedad artificial mediante una centrifugadora de radio corto a bordo de una estación tripulada».

Preparativos para una misión lunar

Los científicos ya están trabajando en una nueva modificación de la centrifugadora que podría enviarse a la estación orbital para que cada cosmonauta pueda experimentar la gravedad tan necesaria en condiciones de ingravidez.

«Creemos que esta centrifugadora debería estar definitivamente a bordo de la estación espacial y de una futura nave interplanetaria», observa Milena. «Sin ella será imposible permanecer en un vuelo largo, así como en una base lunar, si, por supuesto, los cosmonautas y astronautas piensan volver a la Tierra…»

Entretanto, en la Tierra están elaborando recomendaciones y posibles modos de rotación de la centrifugadora para lograr los efectos necesarios. El personal del Instituto y los propios científicos están ensayando la instalación y creando una base científica. Los participantes en el experimento de aislamiento en tierra Luna-2015 se sometieron a investigaciones en la centrifugadora. Aunque este «vuelo» era simulado, las pruebas se llevaron a cabo en su totalidad. Por primera vez en la historia, en las investigaciones realizadas en la centrifugadora participó una tripulación femenina.

«Si empezamos a construir una base lunar y a hacer realidad la idea de los vuelos interplanetarios, ya es necesario proporcionar a los cosmonautas una nueva contramedida, con la cual puedan llevar a cabo un vuelo ultralargo sin pérdidas significativas para el cuerpo», dice Milena. «Los astronautas deberían llegar a la Luna sin problemas, salir de la nave sin ayuda y empezar inmediatamente a realizar la construcción de una base lunar. Tendrán que trabajar y existir plenamente en este entorno. Tras un largo vuelo a Marte, también han de salir a la superficie, trabajar y regresar».

Rotación de la centrifugadora

Centrifugación en traumatología: recuperación rápida tras fracturas

A partir de los resultados positivos de las investigaciones efectuadas en la CRC en beneficio de la cosmonáutica tripulada, surgió la idea de utilizar la centrifugadora en la práctica médica general, concretamente para la prevención y el tratamiento de los trastornos circulatorios en las extremidades inferiores. Varios estudios detallados en la primera y la segunda generación de CRCs han confirmado la eficacia y las perspectivas de utilización de las mismas para el tratamiento de una serie de enfermedades, en particular, para los pacientes que sufren un riego sanguíneo insuficiente en las piernas, para aumentar el flujo de sangre arterial en las extremidades inferiores isquémicas y lesionadas, y para la rehabilitación de los pacientes.

«La centrifugadora puede ser muy útil para la sanidad pública. La instalación en sí es bastante segura. Actualmente, el factor fisioterapéutico, denominado «terapia de gravedad», es un campo prometedor. Es posible tratar problemas relacionados con la restauración del tejido óseo en caso de lesiones traumáticas utilizando la centrifugadora», indicó Milena. «La centrifugadora también puede utilizarse para resolver problemas relacionados con patologías de las extremidades inferiores, como la angiopatía diabética, la isquemia residual tras embolectomías y trombectomías y las lesiones arteriales periféricas.

Los resultados positivos se han obtenido en casi todos los pacientes gracias al efecto de redistribución de la sangre de la parte superior del cuerpo a las extremidades inferiores. Los estudios realizados en la Universidad de Samara han demostrado que la permanencia en la centrifugadora acelera significativamente el proceso de rehabilitación tras las fracturas, permite evitar la intervención quirúrgica y lleva a la recuperación de las funciones de las extremidades inferiores sin complicaciones». Así pues, la gravedad ligera y agradable vigila la salud de los terrícolas.