RESUMO
ABSTRACT Objectives: The effects of weightlessness on the liver were studied using a tail suspension (TS) male mouse model. Methods: The effects of 0-, 2- and 4-week TS (CON, TS2 and TS4 groups) on glycogen and lipid content, as well as on the molecular processes of the synthesis and degradation pathways, were examined. Results: (1) The number of glycogenosomes under ultrastructure and the glycogen content were considerably larger in the TS4 group than in the other two groups. (2) In the TS4 group, glycogen synthase activity remained constant while glycogen phosphorylase activity dropped, indicating that glycogen breakdown was reduced. (3) The livers of the TS2 group had the highest lipid and triglyceride content, indicating lipid buildup in the liver at this time. (4) In the TS2 group, the activities of the fatty acid synthesis-related factors acetyl-CoA carboxylase and fatty acid synthase increased, while hepatic lipase decreased, indicating that lipid synthesis increased, while decomposition decreased. (5) In the TS2 group, the protein expression of glucose transporters 1 and 2 increased. Conclusions: From TS2 weeks to TS4 weeks, the main energy consumption mode in the livers of mice transitioned from glucose metabolism to lipid metabolism as glucose use decreased. Level of evidence II; Comparative prospective study.
RESUMEN Objetivos: Se estudiaron los efectos de la antigravedad en el hígado utilizando un modelo de ratón macho en prueba de suspensión de la cola (TS, tail suspension). Métodos: Se examinaron los efectos de la TS a las 0, 2 y 4 semanas (grupos CON, TS2 y TS4) sobre el contenido de glucógeno y lípidos, así como sobre los procesos moleculares de las vías de síntesis y degradación. Resultados: (1) El número de glucogenosomas ultraestructurales y el contenido de glucógeno fueron expresivamente más altos en el grupo TS4 que en los otros dos grupos. (2) En el grupo TS4, la actividad de la glucógeno sintasa se mantuvo constante, mientras que la actividad de la glucógeno fosforilasa disminuyó, lo que indica que la degradación del glucógeno se redujo. (3) Los hígados del grupo TS2 presentaron el mayor contenido de lípidos y triglicéridos, lo que indica la acumulación de lípidos en el hígado en ese momento. (4) En el grupo TS2, la actividad de los factores relacionados con la síntesis de ácidos grasos acetil-CoA carboxilasa y ácido graso sintasa aumentó, mientras que la lipasa hepática disminuyó, indicando que la síntesis de lípidos aumentó mientras que la descomposición disminuyó. (5) En el grupo TS2, la expresión proteica de los transportadores de glucosa 1 y 2 aumentó. Conclusiones: Desde la semana TS2 hasta la semana TS4, el principal modo de consumo de energía en el hígado de los ratones pasó del metabolismo de la glucosa al metabolismo de los lípidos a medida que disminuía el uso de la glucosa. Nivel de Evidencia II, Estudio retrospectivo comparativo.
RESUMO Objetivos: Os efeitos da antigravidade no fígado foram estudados usando um modelo de camundongo macho com a suspensão pela cauda (TS, tail suspension). Métodos: Foram examinados os efeitos da TS em 0, 2 e 4 semanas (grupos CON, TS2 e TS4) sobre o conteúdo de glicogênio e lipídios, bem como nos processos moleculares das vias de síntese e degradação. Resultados: (1) O número de glicogenossomos ultraestruturais e o teor de glicogênio foram expressivamente maiores no grupo TS4 do que nos outros dois grupos. (2) No grupo TS4, a atividade de glicogênio sintase permaneceu constante, enquanto a atividade de glicogênio fosforilase caiu, indicando que a degradação do glicogênio foi reduzida. (3) Os fígados do grupo TS2 tiveram o maior teor lipídico e de triglicérides, indicando acúmulo de lipídios no fígado no momento. (4) No grupo TS2, a atividade dos fatores relacionados com a síntese de ácidos graxos acetil-CoA carboxilase e ácido graxo sintase aumentaram, enquanto a lipase hepática diminuiu, indicando que a síntese de lipídios aumentou, enquanto a decomposição diminuiu. (5) No grupo TS2, a expressão proteica dos transportadores de glicose 1 e 2 aumentou. Conclusões: De TS2 semanas para TS4 semanas, o principal modo de consumo de energia no fígado de camundongos passou do metabolismo da glicose para o metabolismo lipídico, à medida que o uso de glicose diminuiu. Nível de evidência II, Estudo retrospectivo comparativo.
RESUMO
Se presenta este artículo de revisión con base en la evidencia científica actual sobre medicina espacial enfocada en fisiología humana y sus contramedidas. Por lo cual se realizó una búsqueda bibliográfica no sistemática de artículos científicos y libros de investigación en inglés-español de los últimos 7 años, que detallan su aplicación en seres humanos, modelos murinos y experimentos in vitro. Se tomaron en cuenta las condiciones del ambiente espacial como microgravedad y radiación que producen considerables cambios fisiológicos en el sistema cardiovascular (redistribución de líquidos, remodelación cardiovascular, arritmias); nervioso (sensitivomotores, neurosensoriales, neurovestibulares); respiratorio (cambios de volúmenes y capacidades); renal (litiasis); musculoesquelético (atrofia muscular, osteoporosis); hematológico (anemia); inmunológico (desregulación inmune) y digestivo (alteración de la microbiota intestinal). Además, existen procesos biológicos, moleculares y genéticos aún por explorar, para conocer y mitigar los mecanismos inciertos desencadenados en ambientes extremos y peligrosos. Por lo tanto, es una prioridad desarrollar e implementar contramedidas para reducir los efectos nocivos en la salud, con el objetivo de garantizar la adaptación, seguridad y performance del astronauta durante futuros viajes espaciales.
This Review Article is presented based on current scientific evidence on space medicine focused on human physiology and its countermeasures. Therefore, a non-systematic bibliographic search of scientific articles and research books in English-Spanish of the last 7 years was carried out, detailing their application in humans, murine models and in vitro experiments. The conditions of the space environment such as microgravity and radiation that produce considerable physiological changes in the cardiovascular system (redistribution of fluids, cardiovascular remodeling, arrhythmias) were taken into account; nervous (sensorimotor, neurosensory, neurovestibular); respiratory (volume and capacity changes); renal (lithiasis); musculoskeletal (muscular atrophy, osteoporosis); hematological (anemia); immunological (immune dysregulation) and digestive (intestinal microbiota disorder). In addition, there are biological, molecular and genetic processes still to be explored, in order to know and mitigate the uncertain mechanisms triggered in extreme and dangerous environments. Therefore, it is a priority to develop and implement countermeasures to reduce the harmful effects on health, with the aim of guaranteeing the astronaut's adaptation, safety and performance during future space flights.
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After a short summary of the multifactorial models of maximal O2 consumption (VO2max) limitation, microgravity exposure is discussed as a convenient experimental condition to test these models. The following points are highlighted: 1) The decrease of (VO2max) in microgravity concerns specifically exercise performed in upright posture upon resumption of gravity exposure; 2) The decrease of (VO2max) after microgravity exposure has two components: one is fast and is related to cardiovascular adaptation, the other is slow and is related to the development of muscle atrophy; 3) (VO2max) does not decrease during microgravity or in supine posture upon resumption of gravity exposure, if the time in microgravity is sufficiently short; 4) cardiovascular oxygen transport accounts for 70% of (VO2max) limitation also after microgravity exposure.
Luego de un breve resumen de los modelos multifactoriales de la limitación del consumo máximo de oxígeno (VO2max), se analiza la exposición a la microgravedad como condición experimental conveniente para evaluar tales modelos. Se destacan los siguientes aspectos: 1) El decrecimiento en la microgravedad tiene que ver específicamente con los ejercicios realizados en posición vertical después de reanudar la exposición a la gravedad; 2) El decrecimiento posterior a la exposición a la microgravedad tiene dos componentes: uno es rápido y está relacionado con la adaptación cardiovascular, el otro es lento y está relacionado con la aparición de la atrofia muscular; 3) No decrece durante la microgravedad o en posición supina después de reanudarse la exposición a la gravedad, siempre que el tiempo transcurrido en microgravedad sea suficientemente corto; 4) el transporte de oxígeno cardiovascular representa el 70 % de la limitación también después de la exposición a la microgravedad.
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Maintaining health in microgravity and overcoming environmental hazards such as cosmic radiation are essential for long-term space flight. Recent studies have focused on the involvement of hypoxia-inducible factor (HIF)-1 in altered gravity using cell-based or in vivo mouse model systems. HIF-1alpha and its target downstream gene expression are differentially expressed in hypergravity and microgravity. Nevertheless, underlying molecular mechanism of HIF-1alpha involvement is still unclear. Herein, we analyzed the 2019 Science paper by Garrett-Bakelman and coauthors in which NASA performed multidimensional analyses of long-term human spaceflight in identical twin astronauts. Correlations were found between the expression of HIF-1alpha related cytokines and prolonged space flight. We hypothesize that HIF-1alpha is a molecular target for the development of therapeutics to prevent the detrimental effects of microgravity and cosmic radiation on astronauts during long-term space flight.
Mantener la salud en microgravedad y superar los peligros ambientales como la radiación cósmica son esenciales para los vuelos espaciales a largo plazo. Estudios recientes se han centrado en la participación del factor inducible por hipoxia (HIF) -1 en la gravedad alterada utilizando sistemas de modelos de ratones basados en células o in vivo. HIF-1alpha y su expresión génica secuencial objetivo se expresan diferencialmente en hipergravedad y microgravedad. Sin embargo, el mecanismo molecular subyacente de la participación de HIF-1alpha aún no está claro. Aquí, analizamos el artículo de Ciencia de 2019 de Garrett-Bakelman y coautores en el que la NASA realizó análisis multidimensionales de vuelos espaciales humanos a largo plazo en astronautas gemelos idénticos. Se encontraron correlaciones entre la expresión de citoquinas relacionadas con HIF-1alpha y el vuelo espacial prolongado. Presumimos que HIF-1alpha es un objetivo molecular para el desarrollo de terapias para prevenir los efectos perjudiciales de la microgravedad y la radiación cósmica en los astronautas durante los vuelos espaciales a largo plazo.
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Resumen: El desarrollo de la investigación encargada de evaluar la adaptación fisiológica del ser humano en el ambiente de ingravidez del espacio está repleto de desafíos especiales. El campo de las ciencias biológicas en condiciones de microgravedad está estrechamente ligado a la exploración del hombre del espacio. Existe una respuesta adaptativa que permite explicar los fenómenos de adaptacion de la fisiologia humana a situaciones de microgravedad, en este trabajo se exponen los cambios mas significativos en respuesta a la adaptación en microgravedad.
Abstract: The development of research responsible for evaluating the physiological adaptation of the human being in the weightless environment of space is filled with challenges. The field of biological sciences in microgravity conditions is closely linked to human exploration of space. There is an adaptive response that helps to explain the phenomena of adaptation of human physiology in microgravity situations, in this work the most significant changes are set in response to the adaptation in microgravity.
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Resumen La alimentación de los primeros astronautas de la NASA es un testimonio de su fortaleza. John Glenn fue el primer hombre de Norte América que comió en un estado de microgravedad, lo cual no fue nada fácil, además de contar con un menú limitado. Él, al igual que los astronautas de la expedición Mercury tuvieron que basar su alimentación en cubos del tamaño de un bocado, polvos Mofilizados y dietas semilíquidas envasadas en tubos de aluminio. La mayoría de los alimentos eran poco apetecibles, los alimentos liofilizados eran difíciles de rehidratar y los polvos en la microgravedad quedaban pegados por las paredes de la nave; desde entonces se han desarrollado múltiples tecnologías y estudios sobre los requerimientos calóricos de los astronautas y conservación de los alimentos.
Abstract The food that NASA's early astronauts ate in space is a testament of their strength. John Glenn, America's first man to eat anything in the near-weightless environment of the Earth's orbit, found the task extremely hard and the menu to be quite limited. Other Mercury astronauts had to base their nutrition on bite-sized cubes, freeze-dried powders and semi-liquids packaged in aluminum tubes. Most of them agreed that the foods were unappetizing and disliked squeezing the tubes. Moreover, freeze-dried foods were hard to rehydrate and the crumbs got stuck on the walls of the spacecraft. Ever since, multiple technologies and studies on the energy requirements of astronauts and food preservation have been developed.
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Resumen En el siglo veinte, el estudio del universo y el desarrollo de los vuelos espaciales fueron posibles gracias al avance tecnológico de naves de propulsión por diferentes tipos de cohetes. Muchos sistemas biológicos se afectan en los vuelos espaciales y se ha demostrado que en un ambiente de microgravedad se altera de manera significativa la función musculoesquelética, neurosensitiva, endócrina, renal, respiratoria y cardiovascular, además del riesgo de lesión debido a la exposición a diferentes tipos de radiación, eventos que comprometen la salud y rendimiento de los astronautas. Por lo anterior es fundamental mantener la salud y acondicionamiento físico de los astronautas durante el vuelo espacial para facilitar y acelerar su recuperación al llegar a la tierra.
Abstract Until the twentieth century, study about the universe and speculation about the nature of spaceflight were no closely related to the technical developments that led to rocket propulsión. Many biological systems are adversely affected by space flight and It has been shown that exposure to microgravity can alter the musculoskeletal, neurosensory, endocrine, renal, respiratory and cardiovascular systems and the risk of injury due to radiation exposure resulting in deconditioning that may compromise astronauts health and performance. Maintainig health and fitness during space missions is critical for preserving performance during misión specific tasks and to optimize terrestrial recovery.