Existe uma força cujos efeitos estão tão profundamente arraigados em nossa vida cotidiana que provavelmente nem pensamos muito sobre ela:a gravidade. A gravidade é a força que causa atração entre as massas. É por isso que quando você deixa cair uma caneta, ele cai no chão. Mas porque a força gravitacional é proporcional à massa do objeto, apenas objetos grandes como planetas criam atrações tangíveis. É por isso que o estudo da gravidade tradicionalmente se concentra em objetos massivos como planetas.

Nossas primeiras missões espaciais tripuladas, Contudo, mudou completamente a forma como pensamos sobre os efeitos da gravidade nos sistemas biológicos. A força da gravidade não nos mantém apenas ancorados ao solo; influencia o modo como nosso corpo funciona na menor das escalas. Agora, com a perspectiva de missões espaciais mais longas, pesquisadores estão trabalhando para descobrir o que a falta de gravidade significa para nossa fisiologia - e como compensar isso.

Livre da gravidade

Não foi até os exploradores viajarem para o espaço que qualquer criatura terrestre passou um tempo em um ambiente de microgravidade.

Os cientistas observaram que os astronautas que retornavam ficaram mais altos e reduziram substancialmente a massa óssea e muscular. Intrigado, os pesquisadores começaram a comparar amostras de sangue e tecido de animais e astronautas antes e depois da viagem espacial para avaliar o impacto da gravidade na fisiologia. Cientistas-astronautas no ambiente praticamente livre da gravidade da Estação Espacial Internacional começaram a investigar como as células crescem no espaço.

A maioria dos experimentos neste campo são realmente realizados na Terra, no entanto, usando microgravidade simulada. Girando objetos - como células - em uma centrífuga em alta velocidade, você pode criar essas condições de gravidade reduzida.

Nossas células evoluíram para lidar com forças em um mundo caracterizado pela gravidade; se eles forem subitamente liberados dos efeitos da gravidade, as coisas começam a ficar estranhas.

Detectando forças a nível celular

Junto com a força da gravidade, nossas células também estão sujeitas a forças adicionais, incluindo tensões de tensão e cisalhamento, à medida que as condições mudam em nossos corpos.

Nossas células precisam de meios para sentir essas forças. Um dos mecanismos amplamente aceitos é por meio dos chamados canais iônicos mecanossensíveis. Esses canais são poros na membrana celular que permitem que determinadas moléculas carregadas entrem ou saiam da célula, dependendo das forças que detectam.

Um exemplo desse tipo de mecanorreceptor é o canal iônico PIEZO, encontrado em quase todas as células. Eles coordenam o toque e a sensação de dor, dependendo de suas localizações no corpo. Por exemplo, uma beliscada no braço ativaria um canal de íons PIEZO em um neurônio sensorial, dizendo-lhe para abrir os portões. Em microssegundos, íons como o cálcio entrariam na célula, passando a informação de que o braço foi beliscado. A série de eventos culmina na retirada do braço. Este tipo de detecção de força pode ser crucial, para que as células possam reagir rapidamente às condições ambientais.

Sem gravidade, as forças que atuam nos canais iônicos mecanossensíveis são desequilibradas, causando movimentos anormais de íons. Os íons regulam muitas atividades celulares; se eles não estão indo para onde deveriam, quando deveriam, o trabalho das células fica confuso. A síntese de proteínas e o metabolismo celular são interrompidos.

Fisiologia sem gravidade

Nas últimas três décadas, os pesquisadores investigaram cuidadosamente como determinados tipos de células e sistemas corporais são afetados pela microgravidade.

• Brain:desde a década de 1980, os cientistas observaram que a ausência de gravidade leva a uma maior retenção de sangue na parte superior do corpo, e assim aumentou a pressão no cérebro. Pesquisas recentes sugerem que essa pressão elevada reduz a liberação de neurotransmissores, moléculas-chave que as células cerebrais usam para se comunicar. Essa descoberta motivou estudos sobre problemas cognitivos comuns, como dificuldades de aprendizagem, no retorno dos astronautas.
• Ossos e músculos:a falta de peso do espaço pode causar mais de 1% de perda óssea por mês, mesmo em astronautas que se submetem a regimes de exercícios rigorosos. Agora os cientistas estão usando os avanços da genômica (o estudo das sequências de DNA) e da proteômica (o estudo das proteínas) para identificar como o metabolismo das células ósseas é regulado pela gravidade. Na ausência de gravidade, os cientistas descobriram que o tipo de células responsáveis ​​pela formação óssea são suprimidos. Ao mesmo tempo, o tipo de células responsáveis ​​pela degradação óssea são ativadas. Juntos, isso contribui para uma perda óssea acelerada. Os pesquisadores também identificaram algumas das moléculas-chave que controlam esses processos.
• Imunidade:as naves espaciais estão sujeitas a esterilização rigorosa para evitar a transferência de organismos estranhos. No entanto, durante a missão Apollo 13, um patógeno oportunista infectou o astronauta Fred Haise. Esta bactéria, Pseudomonas aeruginosa, geralmente infecta apenas indivíduos imunocomprometidos. Este episódio despertou mais curiosidade sobre como o sistema imunológico se adapta ao espaço. Ao comparar as amostras de sangue dos astronautas antes e depois de suas missões espaciais, os pesquisadores descobriram que a falta de gravidade enfraquece as funções das células T. Essas células imunológicas especializadas são responsáveis ​​pelo combate a uma série de doenças, do resfriado comum à sepse mortal.

Compensando a falta de gravidade

A NASA e outras agências espaciais estão investindo para apoiar estratégias que irão preparar os humanos para viagens espaciais de longa distância. Descobrir como resistir à microgravidade é uma grande parte disso.

O melhor método atual para superar a ausência de gravidade é aumentar a carga nas células de outra maneira - por meio de exercícios. Os astronautas normalmente passam pelo menos duas horas por dia correndo e levantando peso para manter o volume de sangue saudável e reduzir a perda óssea e muscular. Infelizmente, exercícios rigorosos só podem retardar a deterioração da saúde dos astronautas, não impedi-lo completamente.

Os suplementos são outro método que os pesquisadores estão investigando. Por meio de estudos de genômica e proteômica em grande escala, os cientistas conseguiram identificar interações químicas específicas da célula afetadas pela gravidade. Agora sabemos que a gravidade afeta as moléculas-chave que controlam os processos celulares, como o crescimento, divisão e migração. Por exemplo, neurônios crescidos em microgravidade na Estação Espacial Internacional têm menos de um tipo de receptor para o neurotransmissor GABA, que controla os movimentos motores e a visão. Adicionando mais função restaurada GABA, mas o mecanismo exato ainda não está claro.

A NASA também está avaliando se a adição de probióticos à comida espacial para estimular os sistemas digestivo e imunológico dos astronautas pode ajudar a evitar os efeitos negativos da microgravidade.

Nos primeiros dias das viagens espaciais, um dos primeiros desafios foi descobrir como superar a gravidade para que um foguete pudesse se libertar da atração da Terra. Agora, o desafio é como compensar os efeitos fisiológicos da falta de força gravitacional, especialmente durante longos voos espaciais.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.