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Ranas

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Dos ranas toro fueron lanzadas en una misión de ida en el satélite orbital Frog Otolith, el 9 de noviembre de 1970, para tratar de entender el proceso motriz degenerativo causado por la ingravidez, (la palabra otolitos se refiere a un mecanismo del oído interno para el control de equilibrio). Los investigadores fueron capaces de recoger los datos neurofisiológicos que querían, pero la nave no fue recuperada.

https://www.google.es/search?source=hp&ei=zu1AW_qtK8zikgXp3ZKIDQ&q=sat%C3%A9lite+orbital+Frog+Otolith&oq=sat%C3%A9lite+orbital+Frog+Otolith&gs_l=psy-ab.3..33i22i29i30k1.1755.1755.0.2387.2.1.0.0.0.0.120.120.0j1.1.0….0…1c.1.64.psy-ab..1.1.120.0…0.shVKaNooGCI

De la web anterior, más información en ella.

Orbiting Frog Otolith

Orbiting Frog Otolith / OFO 1

La nave espacial Orbiting Frog Otolith (OFO)

Tipo de misión: Biociencia

Operador: NASA

ID COSPAR: 1970-094A

SATCAT no.: 04690

Duración de la misión: 6 días

Misión: OFO-A

Fecha: 9-15 de noviembre de 1970 (no recuperado)

Objetivos de investigación de ciencias de la vida: Estudiar el efecto de la microgravedad en el órgano vestibular

Investigaciones de Ciencias de la Vida: Neurociencia (OFO-1.1, 1.2, 1.3)

Organismos estudiados: Rana catesbeiana (rana toro)

Hardware de vuelo: Paquete de experimento de rana Otolith (FOEP); Sistema de soporte de vida FOEP (LSS)

Cohete: Scout B S174C

Sitio de lanzamiento: Wallops LA-3A

Configuración LV:Scout B S178C

Propiedades de naves espaciales

Fabricante: Centro de investigación de Ames

Lanzamiento de masa: 132.9 kilogramos (293 lb)

Dimensiones: 1.68 × 0.76 m (5.5 × 2.5 pies)

Una rana toro (Rana catesbeiana), la especie que viajó en el vuelo OFO-A

Parámetros orbitales

Sistema de referencia: Geocéntrico

Régimen: Tierra baja

Excentricidad: 0.02009

Perigeo: 300 kilómetros (190 millas)

Apogeo: 574 kilómetros (357 mi)

Inclinación: 37.3981º

Período: 93.3 minutos

RAAN: 223.1857º

Argumento del perigeo: 136.8142º

Lanzamiento de la cápsula Orbiting Frog Otolith (OFO)

Un cohete Scout B, como este, lanzó el OFO.

El Orbiting Frog Otolith (OFO) fue un programa espacial de la NASA que envió dos ranas toro a la órbita el 9 de noviembre de 1970 para el estudio de la ingravidez. El nombre, derivado a través del uso común, era una descripción funcional del experimento biológico llevado a cabo por el satélite. Otolith se refirió al mecanismo de equilibrio del oído interno de la rana.

El Programa Orbiting Frog Otolith fue parte del programa de investigación de la Oficina de Investigación Avanzada y Tecnología (OART) de la NASA. Uno de los objetivos de OART era estudiar la función del sistema vestibular en el espacio y en la Tierra. El experimento fue diseñado para estudiar la adaptabilidad de los otolitos a la ingravidez sostenida, para proporcionar información para el vuelo espacial tripulado. El otolito es una estructura en el oído interno que está asociada con el control del equilibrio: aceleración con respecto a la gravedad como su entrada sensorial primaria.

El experimento Frog Otolith (FOE) fue desarrollado por Torquato Gualtierotti de la Universidad de Milán, Italia, cuando fue asignado al Centro de Investigación Ames como investigador asociado residente patrocinado por la Academia Nacional de Ciencias.[citación necesitada] Originalmente planeado en 1966 para ser incluido en una misión temprana de Apolo, el experimento se aplazó cuando esa misión se canceló. A fines de 1967, se autorizó la órbita de la FOE cuando se podía diseñar una nave espacial de apoyo. El proyecto, que forma parte del programa de Sistemas de Factor Humano de la NASA, fue oficialmente designado como «OFO» en 1968. Luego de una serie de retrasos, OFO fue lanzado a órbita el 9 de noviembre de 1970.

Después de la exitosa misión OFO-A en 1970, el interés en la investigación continuó. Un proyecto llamado Investigación de función vestibular se inició en 1975 para realizar un experimento vestibular en una nave espacial en órbita terrestre. Este proyecto de vuelo finalmente se suspendió, pero se realizaron varios estudios en el terreno. La investigación ha dado lugar a varias ramificaciones muy útiles, incluida la instalación de investigación vestibular en tierra ubicada en ARC.[citación necesitada]

OFO no debe confundirse con siglas similares que describen la serie de naves espaciales del Observatorio de órbitas, como el Observatorio Geofísico Orbital (OGO), el Observatorio Solar en órbita (OSO) y el Observatorio Astronómico Orbital (OAO).

La nave espacial OFO

Diagrama del vehículo de lanzamiento Scout B

El experimento OFO fue diseñado originalmente para volar dentro del Programa de Aplicaciones Apollo, que se estableció para hacer un uso óptimo del hardware utilizado en las misiones lunares Apolo. Sin embargo, debido a que los bajos niveles de aceleración necesarios para el experimento no podían mantenerse fácilmente en una nave espacial Apollo tripulada, un satélite no tripulado se eligió más tarde como un vehículo más adecuado. El diseño del satélite eliminó las exposiciones a niveles de aceleración superiores a 10-3 g (10 mm/s²). Esto significaba que los especímenes experimentales podrían experimentar un estado casi sin peso.

La nave espacial tenía un diámetro de aproximadamente 30 pulgadas (760 mm) y una longitud de 47 pulgadas (1.190 mm). [cita requerida] La sección inferior octogonal de la nave espacial albergaba el aparato electrónico. La sección superior, que contenía el paquete del experimento, tenía la forma de un cono truncado. Un escudo de calor que cubre esta sección superior protegió el experimento durante el reingreso a la atmósfera de la Tierra. Un ensamblaje de giro del yo-yo estaba ubicado alrededor de la circunferencia de la nave espacial. Cuatro barreras, dobladas contra el costado de la nave espacial, estaban ubicadas radialmente alrededor del satélite. Después de que la nave espacial se separó del vehículo de lanzamiento, el subsistema yo-yo despin ralentizó la rotación de la nave espacial. Los cuatro brazos fueron liberados para extenderse desde el costado de la nave espacial. La extensión de los brazos aumentó el momento de inercia de la nave espacial, permitiendo que el nivel de aceleración permanezca por debajo de 10-3 g.[citación necesitada]

Orbiting Frog Otolith-A

Dos ranas toro americanas (Rana catesbeiana) se usaron como sujetos experimentales en el experimento de vuelo. La rana toro fue elegida para el estudio porque su laberinto del oído interno es muy similar al de los humanos. Dado que es un anfibio, la cirugía de verificación previa podría realizarse sobre el agua, pero podría mantenerse en agua durante el vuelo. El medio acuoso sirvió para amortiguar la vibración y la aceleración del lanzamiento, y para facilitar el intercambio de gases con los organismos.

Ambas ranas de vuelo tenían electrodos de electrocardiograma (ECG) implantados en sus cavidades torácicas y microelectrodos implantados en sus nervios vestibulares. Las ranas fueron demotorizadas cortando los nervios de sus extremidades para evitar que se desalojen sus electrodos implantados y para reducir sus tasas metabólicas.[1] Con esta actividad metabólica disminuida, las ranas podrían sobrevivir con buena salud sin ser alimentadas durante un mes. La inmersión en agua permitió que las ranas respiraran a través de su piel. El medio de agua también ayudó a alejar el dióxido de carbono y el calor de los animales.

Hardware

La unidad de hardware de vuelo, el FOEP, era un recipiente hermético a presión que contenía una centrífuga llena de agua que albergaba a las dos ranas. La centrífuga era una estructura cilíndrica que rotaba las cabezas de las ranas a intervalos programados.[citación necesitada] El FOEP también contuvo un sistema de soporte de vida que podría mantener un ambiente regulado para las ranas. Este sistema consistía en dos circuitos cerrados, uno que contenía líquido y el otro contenía gas. La interfaz entre los dos bucles era una goma de silicona selectivamente permeable que actuaba como un pulmón artificial. El oxígeno pasaba a través de la membrana del lado del gas al lado líquido, y el dióxido de carbono del lado líquido al lado del gas. Las ranas estaban sumergidas en el circuito de líquido. Una bomba hizo circular oxígeno a través del bucle que contenía gas. El dióxido de carbono que entraba en el circuito de gas se eliminó mediante un absorbente y el oxígeno purificado volvió a la bomba para su recirculación. Un evaporador de agua y un calentador eléctrico mantuvieron la temperatura del agua a aproximadamente 60 ° F (15 ° C). Un sistema amplificador en el FOEP aumentó la salida de voltaje de los microelectrodos implantados en los animales al nivel requerido por el aparato de telemetría.

Operaciones

Un dibujo de cómo una rana toro equipada con electrodos se iba a sentar dentro de la centrífuga del paquete de experimentos de rana otolito.

La preparación quirúrgica de las ranas de vuelo se completó unas 12 horas antes del lanzamiento, y los animales se sellaron dentro del FOEP. También se preparó un FOEP de respaldo con muestras similares. El vuelo FOEP se instaló en el satélite unas tres horas antes del lanzamiento.

La centrífuga se activó lo antes posible una vez que el satélite estaba en órbita y se estabilizó a 10-3 g (10 mm/s²). La centrífuga aplicó estímulos de gravedad en ciclos. Cada ciclo duró aproximadamente 8 minutos, y consistió en lo siguiente: un período de 1 minuto sin aceleración, un período de 8 segundos cuando comenzó lentamente la rotación, 14 segundos de constante 0,6 g (6 m/s²), un período de 8 segundos cuando la rotación se detuvo lentamente, y un período de 6 minutos cuando se pudieron medir los efectos de la rotación.[cita requerida] Los ciclos se realizaron cada 30 minutos durante las 3 horas iniciales en órbita, y con menor frecuencia durante el resto del vuelo.

El experimento OFO continuó hasta el séptimo día en órbita, momento en el que falló la batería incorporada. La recuperación de la nave espacial OFO y el hardware FOEP no eran necesarios.

Resultados

El experimento fue exitoso. Los índices de electrocardiografía (ECG) mostraron que las ranas de vuelo gozan de buena salud durante todo el vuelo. Las grabaciones vestibulares se realizaron como se esperaba. Dos fallas de funcionamiento del equipo ocurrieron durante el vuelo: la presión en el recipiente aumentó a 11 libras por pulgada cuadrada (76 kPa), y la temperatura disminuyó a 55 ° F (13 ° C) durante nueve horas. Sin embargo, los experimentos de control realizados sobre el terreno mostraron que estas disfunciones tuvieron poco efecto sobre el resultado del experimento de vuelo.

Varios cambios de respuesta vestibular se observaron durante el período inicial en ingravidez.[cita requerida] Todos los cambios observados volvieron a la normalidad durante las últimas 10 a 20 horas del vuelo, lo que sugiere una aclimatación.[citación necesitada]

Paquete de experimento de rana Otolith (FOEP)

Orbiting Frog Otolith (OFO) con barreras. Los auges aumentaron el momento de inercia.

Paquete de experimento de rana Otolith

El paquete de experimentos de rana Otolith (FOEP) contiene todos los aparatos necesarios para asegurar la supervivencia de dos ranas. Las muestras se alojan en una centrífuga autocontenida llena de agua que suministra la aceleración de prueba durante la órbita. Las ranas están desmotivadas para evitar el desplazamiento de los electrodos implantados y para reducir su tasa metabólica.

Sistema de soporte vital (LSS): el LSS mantiene un entorno regulado dentro del FOEP para asegurar la supervivencia y el funcionamiento normal de dos ranas demotorizadas. El mamparo inferior de la estructura del conjunto interno proporciona espacio de montaje para todos los equipos de soporte de vida.

Las dimensiones del paquete eran de 18 pulgadas (457 mm) de diámetro × 18 de largo, pesaba 91 lb (41 kg) cuando se cargaban. La adquisición de datos consistió en ECG, temperatura corporal y actividad vestibular. También había una unidad de prueba FOEP basada en tierra que el FOEP podría conectarse a prueba de vuelo para la ventilación y la verificación de las condiciones ambientales antes de la carga en la nave espacial.

Recipiente

La carcasa exterior del FOEP es un cartucho hermético a presión de 18 1/16 pulgadas (458.8 mm) de diámetro y 18½ pulgadas (470 mm) de largo. El cierre inferior y la tapa superior extraíble están ambos ligeramente abovedados para evitar la implosión si se producen inversiones de presión. La estructura del conjunto interno está sujeta a un anillo de soporte aproximadamente a 6 pulgadas del fondo del recipiente y consiste en mamparos superiores e inferiores unidos por un cilindro. Los recortes en el cilindro permiten el acceso a la centrífuga, que alberga las ranas. Cerca de la parte superior del recipiente hay dos receptáculos de alimentación eléctrica para la fuente de alimentación y la línea de datos.

Centrífuga

La centrífuga es un cilindro hueco de 6 pulgadas de diámetro y 13.5 pulgadas de largo con ambas tapas en su lugar. El cilindro está montado perpendicular al bote y apoyado por cojinetes de bolas alojados en los mamparos superior e inferior. El eje de rotación de la centrífuga está formado por ejes ubicados centralmente en el plano vertical en ángulo recto con respecto al cilindro, sostenidos por los cojinetes de bolas. Las tapas finas con cúpulas poco profundas están atornilladas a cada extremo de la centrífuga con juntas de goma intermedias para evitar fugas. En el centro de cada tapa hay un accesorio que permite que las muestras de ranas estén completamente equipadas y montadas directamente en las tapas de los extremos antes de insertarlas en la centrífuga e sumergirlas. El agua sirve de amortiguador para las altas aceleraciones y vibraciones del lanzamiento y como medio para el intercambio de gases a través de la piel de las ranas. La centrífuga se bloquea en su posición y no se libera hasta que la órbita de la nave espacial esté completamente estabilizada. El motor que impulsa la centrífuga está montado en el mamparo superior. Los amplificadores de señal y un acelerómetro están montados en la centrífuga.

Electrodo de flotabilidad neutra

El microelectrodo consiste en una sonda de alambre de tungsteno de 50 μm de diámetro, afilada eléctricamente hasta un punto de menos de 1 μm de diámetro y completamente aislada de la punta. Una burbuja de aire atrapada en el tubo de polietileno que contiene la sonda agrega flotabilidad y hace que el electrodo tenga la misma densidad que el nervio en el que se implanta, lo que permite que los dos se muevan juntos. Una sección de parafina se usa para conectar el electrodo a un mango que se usa solo durante el proceso de implantación y luego se retira. Los impulsos nerviosos detectados por los microelectrodos se alimentan a un preamplificador conectado directamente a la mandíbula de la rana, y pasan a un amplificador de datos posteriores para la telemetría de la nave espacial.

Sistema de soporte de vida (LSS)

Sistema de soporte vital (LSS)

El sistema de soporte de vida (LSS) del paquete de experimento de rana Otolith (FOEP) mantiene un entorno regulado dentro del FOEP para asegurar la supervivencia y el funcionamiento normal de las muestras experimentales. El LSS está diseñado para cumplir con los requisitos fisiológicos de dos ranas demotorizadas que pesan 350 g (12 oz) cada una. Las ranas se desmotivan cortando los nervios de las extremidades, lo que reduce su tasa metabólica. En esta condición, las ranas no requieren respiración artificial y pueden mantenerse sanas sin alimentarse, durante un mes. Después de instalarse en la centrífuga, las ranas se sumergen completamente en agua, que sirve como medio para el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono y el calor a través de la piel de la rana.

El LSS consiste principalmente en dos circuitos cerrados: uno que contiene líquido y el otro que contiene gas. El mamparo inferior de la estructura del conjunto interior proporciona espacio de montaje para todos los equipos LSS. El sistema de suministro de oxígeno opera a través de estos bucles e incluye una botella de oxígeno con capacidad de 4,5 cm³, un regulador y reductor de presión, un pulmón artificial, un absorbedor de CO 2 y suministro de agua. El control limitado sobre la temperatura del ambiente de las ranas está disponible por medio de un evaporador / calentador de agua.

Pulmón artificial

La interfaz entre los bucles se produce en una membrana selectivamente permeable de caucho de silicona que separa el líquido y el gas. Esta membrana, llamada pulmón, pasa oxígeno desde el circuito de gas al ciclo de líquido y el CO2 desde el circuito de líquido al circuito de gas.

Lazo líquido

Las ranas, alojadas en la centrífuga, están en el circuito de líquido. Pasando del pulmón a las ranas, el circuito contiene agua y oxígeno disuelto; pasando de las ranas al pulmón, contiene agua y CO 2 libre. Una doble capa de espuma de poliuretano que recubre el interior de la centrífuga evita que la materia residual de las ranas ensucie el sistema de circulación del agua. El agua circula por el circuito de líquido con una pequeña bomba y debe pasar a través del filtro antes de salir de la centrífuga.

Bucle de gas

El circuito de gas consiste en un circuito en el mamparo inferior a través del cual circula una bomba pequeña. La bomba suministra oxígeno puro al pulmón, donde parte del mismo pasa al circuito de líquido, mientras que el resto se mezcla con el CO 2 proveniente del circuito de líquido. Desde el pulmón, la mezcla de oxígeno-CO 2 se pasa a través de un lecho de Baralyme que absorbe el CO 2 . El oxígeno puro es devuelto desde el Baralyme a la bomba y recirculado. El suministro de oxígeno se repone con el gas del pequeño tanque de oxígeno.

Evaporador / calentador

Aumentado por el entorno térmico de la nave espacial, el evaporador de agua y el calentador eléctrico de 8 vatios mantendrán la temperatura del agua a 60 ± 5 ° F (15.5 ± 3 ° C). El suministro de agua para el evaporador está contenido en una vejiga de caucho sostenida por un anillo en el recipiente inmediatamente arriba del domo inferior. Cuando la temperatura del agua excede los 60 ° F nominales, un comando de tierra acciona un circuito de temporización que opera una válvula. Como resultado de la presión ambiental dentro del bote, se fuerza el agua desde la vejiga a través de la válvula y hacia el evaporador. Las cargas de calor internas se transfieren a través de un intercambiador de calor al evaporador y se disipan al evaporar el agua.

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