Vi faccio una domanda: chi di voi non ha mai sognato di poter andare nello spazio, provare l’assenza di gravità e fluttuare senza peso nella Stazione Spaziale Internazionale (ISS), come vediamo spesso fare dagli astronauti in diretta TV?
Nel nostro immaginario collettivo, dettato dagli innumerevoli film di fantascienza, viaggiare tra stelle e pianeti sembra essere una tra le esperienze più emozionanti che si possano fare, ma questo grande sogno ha un costo. Non tutti sono consapevoli dei grandi rischi che gli astronauti corrono tutti i giorni nel rimanere, per mesi e mesi, in orbita attorno alla Terra.
Tra i fattori che pongono l’uomo più a rischio nello spazio ci sono la microgravità e le radiazioni cosmiche ionizzanti (Galactic Cosmic Radiation o GCR), derivanti dal sole e altri corpi celesti come buchi neri, esplosioni di stelle ecc.
Il corpo umano è frutto di una lunghissima evoluzione dettata dalla forza di gravità. Le ossa servono per sostenere il nostro peso e i muscoli per effettuare movimenti che contrastano la gravità, forza che invece tende a spingerci giù a terra. Anche il sistema cardiovascolare si è adattato; il nostro organismo è costituito principalmente da fluidi ed è necessario un complesso e delicato equilibrio di forze idrostatiche per far fluire il sangue contro gravità e mantenere un costante ricambio di ossigeno al cervello. Il passaggio ad una condizione in cui le forze gravitazionali vengono a mancare causa una lunga serie di cambiamenti fisiologici e disturbi collegati.
Tra le patologie associate dalla microgravità ritroviamo una graduale perdita di massa ossea (osteoporosi) e muscolare (sarcopenia), anemia, cinetosi (o mal di spazio - nausea e vomito), distrofia del nervo ottico con graduale perdita della vista, insulino-resistenza (diabete), riduzione delle difese immunitarie e alterazione delle funzioni cardiovascolari. Le conseguenze a lungo termine di questi cambiamenti potrebbero essere molto serie una volta tornati sulla Terra e portare anche a problemi più gravi.
Per poter contrastare alcuni di questi effetti avversi, gli astronauti sono tenuti a seguire dei regimi di allenamento e di alimentazione giornalieri molto rigidi. L’assunzione di integratori alimentari può aiutare nel risollevamento delle difese immunitarie e nel riequilibrio della funzionalità cardiovascolare, mentre l’attività fisica è indispensabile per evitare la perdita di massa muscolare e ossea.
Oltre alle innumerevoli conseguenze fisiologiche sopracitate, bisogna tener conto anche di quelle psicologiche che derivano dal costante confinamento, dall’alto carico di lavoro, dall’assenza di privacy, qualità del cibo, condizioni igieniche (non esistono docce sulla ISS) e dall’alterazione dei ritmi sonno/veglia (nel compiere un giro completo intorno alla Terra la ISS ed il suo equipaggio vedono 16 albe e 16 tramonti in 24 ore).
Secondo alcuni studi sui microrganismi, i batteri risulterebbero più resistenti agli antibiotici come conseguenza della microgravità e delle alte dosi di radiazioni elettormagnetiche. Questo aspetto, associato alla compromissione delle difese immunitarie, rende anche la più banale ferita suscettibile ad infezioni e potenzialmente letale se non trattata in modo tempestivo e adeguato.
Anche la rigenerazione dei tessuti è sotto attenta analisi; è noto che le varie linee cellulari responsabili del riparo della pelle (fibroblasti, macrofagi, cellule epiteliali ed endoteliali), prese singolarmente, mostrano dei difetti sia strutturali che funzionali, ma la loro interazione nel processo di rigenerazione non è del tutto nota in condizioni di microgravità. Ne consegue che un astronauta, in caso di incidente con lesioni traumatiche della cute, deve essere immediatamente riportato a Terra per poter essere curato.
Purtroppo le cattive notizie non finiscono qui, non abbiamo ancora parlato degli effetti delle radiazioni cosmiche ionizzanti. Ma cosa sono?
Le radiazioni ionizzanti (tra cui particelle-α, β, protoni e neutroni) sono composte da particelle subatomiche che viaggiano quasi alla velocità della luce. Questi elementi possiedono talmente tanta energia che sono in grado di penetrare la materia e di trasferire, agli atomi che la compongono, parte di questa energia, rendendoli altamente instabili e pericolosi.
Per nostra fortuna il campo geomagnetico e l’atmosfera della Terra risultano eccellenti scudi protettivi che riflettono o assorbono la maggior parte delle radiazioni cosmiche. Un astronauta però, per poter svolgere il suo lavoro in orbita attorno alla Terra, deve uscire dallo scudo protettivo dell’atmosfera, rendendosi più vulnerabile agli effetti delle radiazioni. Se addirittura volessimo ipotizzare un viaggio verso Marte, dovremmo uscire non solo dall’atmosfera, ma anche dal campo elettromagnetico della terra, a quel punto le radiazioni supererebbero di gran lunga i valori di sicurezza per l’uomo, rendendo il viaggio quasi una missione suicida.
Il campo geomagnetico della Terra è in grado di deviare le onde elettromagnetiche ionizzanti proveniente dal sole e dal cosmo.
Le radiazioni, per un astronauta a bordo della ISS, possono portare ad invecchiamento precoce della pelle e del sistema nervoso centrale. Esperimenti condotti dalla NASA sui topi esposti a dosi di radiazioni equivalenti a quelle cosmiche, hanno dimostrato un aumento di proteina beta-amiloide e di proteine fibrillari nel cervello, condizioni associate a diverse malattie neurodegenerative, soprattutto a livello di aree come l’ippocampo (memoria e riconoscimento) e la corteccia prefrontale (funzioni motorie). Questo, e altri studi successivi, hanno portato ad ipotizzare che le radiazioni cosmiche possono rappresentare un fattore di rischio per sviluppo di patologie degenerative del sistema nervoso centrale, tra cui il morbo di Alzheimer.
Inoltre è tristemente nota l’associazione tra radiazioni ionizzanti e sviluppo di tumori. Queste particelle hanno un alto potere penetrante e sono in grado di causare danni al DNA, favorendo l’insorgenza di mutazioni e conseguente formazione di neoplasie. Tra i tumori maggiormente associati ritroviamo leucemie e tumori solidi come melanomi, cancro al seno, ovaie, polmoni e vescica.
Per concludere, vorrei parlarvi di un recente studio effettuato dalla NASA tra il 2017 e il 2018 su due gemelli, Mark e Scott Kelly, volto a valutare gli effetti a lungo termine dell’ambiente spaziale sul corpo umano. Lo Human Research Program della NASA ha avviato lo studio in collaborazione con diversi centri di ricerca degli Stati Uniti, effettuando un’analisi comparata di 4 differenti aree della fisiologia umana per evidenziare con maggiore precisione gli effetti e le modificazioni che avvengono nel corpo umano nello spazio utilizzando, come confronto sulla Terra, un altro essere umano avente lo stesso patrimonio genetico (il fratello gemello Mark).
Nonostante i notevoli cambiamenti dell’astronauta Scott Kelly, dopo circa 350 giorni di missione spaziale, più del 90% dei parametri fisiologici sono tornati nella norma entro tre mesi dal rientro, questo è sicuramente un dato molto rassicurante in vista di missioni spaziali a lungo termine. Tuttavia alcune delle alterazioni sono rimaste invariate, è stato infatti riscontrato accorciamento dei telomeri del DNA, a confermare l’effetto di invecchiamento precoce delle cellule indotto dall’ambiente spaziale e dai molteplici fattori di stress associati.
Campioni prelevati prima, durante e dopo la missione di Scott nello spazio, hanno anche rivelato alcuni cambiamenti nell'espressione di alcuni geni rispetto al fratello Mark, ad indicare un adattamento delle cellule alla microgravità e alle radiazioni. Nonostante ciò, lo studio sui gemelli ha dato risultati davvero sorprendenti, dimostrando la resilienza e la robustezza del corpo umano e confermando che questo può adattarsi a una moltitudine di cambiamenti indotti dall'ambiente spaziale senza riportare danni gravi ed irreversibili.
Scott (a destra) ha trascorso un anno nello spazio mentre Mark (a sinistra) è rimasto sulla Terra come soggetto di controllo.
Considerando quanto detto finora, torno alla domanda iniziale: chi di noi ha ancora voglia di andare nello spazio? Sicuramente alcune delle mani precedentemente alzate ora si saranno abbassate, effettivamente il pericolo è reale e questo rende i nostri astronauti ancora più eroi di quanto sapessimo già.
La NASA prevede nel 2030 una prima spedizione sul pianeta rosso ma ci sono ancora tantissime problematiche che dovranno essere risolte prima che questo possa avvenire, prima tra queste, la tutela della salute umana.
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