Monday, 27 May 2019

La scienza sta cercando di capire come superare la più grande limitazione per i viaggi spaziali: il corpo umano

danni fisiologici da permanenza nello spazio

Sono oltre cinquant’anni che inviamo esseri umani nello spazio ma solo ora cominciamo a capire le conseguenze che il volo spaziale ha sulla fisiologia umana. Il corpo umano si è evoluto ed adattato, per centinaia di migliaia di anni, per prosperare sulla superficie della Terra ma cosa succede quando prendi un essere umano e lo mandi nello spazio in condizioni di microgravità?

Le cose si fanno strane.

Gli astronauti segnalano comunemente una diminuzione della vista al loro ritorno a casa, probabilmente perché il bulbo oculare cambia forma nello spazio e i tessuti che circondano i nervi ottici si gonfiano. Senza l’azione costante della gravità, le ossa diventano più fragili e i muscoli tendono ad atrofizzarsi.

Ora si prospetta, a breve termine, la possibilità di mandare esseri umani nello spazio più lontano e più a lungo di quanto non si sia mai fatto, sottoponendo i nostri corpi alle insolite condizioni spaziale per più tempo di quanto non si sia già fatto. Il progetto della NASA per tornare sulla Luna entro il 2024 prevede la realizzazione di un “gateway lunare” permanente, una stazione spaziale che orbiterà attorno alla luna che funzionerà da base permanente per gli astronauti che esploreranno la superficie del nostro satellite e tutto questo sarà propedeutico ad una futura missione umana verso Marte, che costringerà gli astronauti a restare lontani dalla Terra (e dalla sua gravità) per almeno tre anni.

Tutte queste grandi idee, potenziali missioni e sogni di una presenza umana a lungo termine nello spazio dipendono da una cosa: che i nostri deboli corpi umani possono gestirla. Ma la verità è che nessuno sa cosa succede a un corpo quando trascorre più di un anno nello spazio.

Quello che abbiamo sono alcune domande molto importanti, non testate e non risolte su ciò che accade al corpo umano nello spazio – e su come possiamo proteggere le persone che si avventurano là fuori.

Ecco tre delle più grandi incognite e i maggiori rischi:

1) In che modo il corpo umano risponde alle radiazioni spaziali?

Da quando il programma Apollo è terminato negli anni ’70, gli esseri umani non si sono avventurati molto lontano dal nostro pianeta. La Stazione Spaziale Internazionale si trova, all’incirca, a soli 400 chilometri sopra la superficie e si giova, in gran parte, della protezione del campo magnetico terrestre per difendere gli astronauti dalle peggiori radiazioni cosmiche (flussi di particelle subatomiche che si diffondono nello spazio). La luna è a circa 400.000 chilometri di distanza e non offre tale protezione. Neanche Marte.

Le dosi di radiazioni accumulate dagli astronauti nello spazio interplanetario sarebbero centinaia di volte più grandi delle dosi accumulate dagli umani nello stesso periodo di tempo sulla Terra, e molte volte più grandi delle dosi di astronauti e cosmonauti che lavorano sulla Stazione Spaziale Internazionale“,  è quanto risulta in un documento pubblicato dall’ESA nel 2018.

Quando la NASA inviò il rover Curiosity su Marte, scoprì che il viaggio di sola andata da solo avrebbe esposto gli astronauti non schermati a un eccesso di radiazioni di 0.3 volte, equivalente a 24 scansioni CAT. Si tratta di 15 volte il limite annuale di radiazioni accettato per i lavoratori delle centrali nucleari, ma non è mortale. (Per capire, un sievert è associato ad un aumento del 5,5% del rischio di cancro, otto sieverts possono uccidere).

Gli effetti di questa radiazione, e come mitigarli durante il volo spaziale, non sono completamente noti. Gli unici astronauti che hanno passato molto tempo al di fuori della bolla protettiva del magnetismo terrestre sono stati gli astronauti delle missioni Apollo. “Non c’erano studi di genomica fatti sugli astronauti in quei giorni“, dice Andy Feinberg, epigenetico del Johns Hopkins che ha lavorato al recente “Twin Study” della NASA, che ha monitorato l’astronauta Scott Kelly, rimasto un anno sulla ISS, e suo fratello gemello, Mark, anche lui astronauta ma rimasto sulla Terra come controllo. “Sarà molto importante studiare con attenzione cosa succede nei corpi degli astronauti fuori dalla gravità e del magnetismo terrestre per lunghi periodi di tempo“, dice, “al fine di studiare gli effetti delle radiazioni sui loro geni“.

La NASA mantiene una tabella di marcia sulla ricerca umana che delinea le conoscenze e le incognite (quelle note) dei rischi per il corpo umano nello spazio. L’elenco delle lacune è attualmente molto lungo. E molte di queste riguardano l’esposizione alle radiazioni.

Ad esempio, la NASA riferisce che sta ancora lavorando per determinare la quantità di radiazioni che un astronauta può ricevere prima di ammalarsi gravemente e determinare cosa, nel complesso, questa radiazione fa al sistema immunitario di un astronauta. Inoltre non è chiaro quanto il volo spaziale metta a rischio la fertilità degli astronauti, non si sa quanto le radiazioni contribuiscano al calo osseo che può essere parzialmente compensato sottoponendo gli astronauti ad esercizi fisici costanti. Le radiazioni nello spazio causano o aggravano le malattie neurologiche? Questa è un’altra lacuna.

2) Esiste un limite massimo per la quantità di tempo che una persona può trascorrere nello spazio?

Nel 2015, la NASA ha cercato di aumentare la propria comprensione dei rischi del volo spaziale inviando l’astronauta Scott Kelly sulla iSS per un anno intero – il doppio della lunghezza della missione tipica. Kelly detiene ora il record americano per il numero di giorni consecutivi nello spazio.

A bordo della stazione spaziale, Kelly ha preso parte a 10 progetti di ricerca in quello che la NASA definisce “Twin Study“, che va dalla verifica delle sue capacità cognitive alla valutazione di come vengono espressi i cambiamenti ai suoi geni. È difficile, però, tirare le somme dello studio con delle conclusioni di valore generale in quanto il soggetto sottoposto a studio era solo uno. Alcuni risultati, però, sollevano nuove domande. A Scott Kelly servì oltre un anno per ritrovare la sua normalità fisiologica, per non parlare delle capacità cognitive, dopo la fine della missione.

I medici non sanno perché è stato necessario così tanto tempo per recuperare pienamente le sue capacità cognitive.

Ci sono “così tante cose” che potrebbero contribuire a questo, dice Mathias Basner, psichiatra dell’Università della Pennsylvania che ha guidato i test cognitivi di Kelly. C’è una maggiore esposizione alle radiazioni, ma anche vivere in un ambiente ristretto ed isolato potrebbe avere un ruolo, dice. Inoltre, potrebbe essere mentalmente impegnativo passare da un ambiente a microgravità come sulla ISS ad un ambiente a gravità terrestre.

Ci vuole del tempo perché il cervello si adatti all’ambiente [spaziale] e apparentemente ci vuole del tempo per adattarsi all’ambiente gravitazionale“, dice. “Ci sono 20 cose nello stesso tempo” che potrebbero portare a cambiamenti cognitivi. I ricercatori non sanno cosa questo potrà significare per il futuro: in un viaggio su Marte, un astronauta, dopo quasi un anno di viaggio nello spazio, dovrà scendere sulla superficie di Marte, la cui gravità è inferiore di quella della Terra ma è chiaramente percettibile dopo mesi nello spazio senza peso. Sarà necessario fare in modo che gli astronauti siano completamente efficienti e lucidi quando scenderanno sul pianeta, lì non sarà possibile aspettare mesi per il pieno recupero fisico e cognitivo.

La lezione generale: ci sono molti fattori di stress nell’ambiente spaziale. Hanno tutti un impatto sul corpo e sulla mente in modi difficili da capire. E ancora, lo studio sui gemelli è durato solo un anno. Cosa succederà al corpo umano in una missione di due anni, una missione di tre anni? Non lo sappiamo ma ci sono alcuni indizi e preoccupazioni sul fatto che le cose potrebbero anche peggiorare per gli astronauti.

Una scoperta interessante nello studio sui gemelli è stata che i cambiamenti osservati nel genoma e nell’epigenoma di Kelly (marcatori sui nostri geni che si sviluppano in risposta a fattori di stress ambientali) si sono verificati negli ultimi sei mesi della missione. Ciò che i ricercatori non sanno è se questi cambiamenti continuerebbero ad accelerare se la missione fosse estesa oltre un anno.

Inoltre non sanno esattamente cosa significano questi cambiamenti genomici per la salute. Per lo più, sembrano essere un indicatore generale di stress. Ma i ricercatori potrebbero vedere ancora più cambiamenti nel caso di una permanenza più lunga? “Non sappiamo quale sia il massimo“, afferma Lindsay Rizzardi, biologo del Johns Hopkins che ha studiato il genoma di Scott Kelly per lo studio sui gemelli.

Potrebbe esserci un limite massimo per la quantità di tempo che un corpo umano può impiegare nello spazio. Per scoprirlo, dovremo inviare più astronauti in missioni di un anno o più. Compresi Kelly, solo sei umani hanno trascorso più di 340 giorni consecutivi nello spazio .

3) In che modo la mente umana affronta l’isolamento e la solitudine del viaggio spaziale?

Questo potrebbe essere l’incognita più grande, potenzialmente sconvolgente. Sulla Roadmap della ricerca umana della NASA, uno dei buchi di conoscenza è relativo ad “identificare [i] fattori psicologici e psicosociali, misure e combinazioni degli stessi che possono essere usati per comporre squadre altamente efficaci per missioni di esplorazione a lunga durata e / o distanza.” Cioè, come possiamo assicurarci che gli equipaggi non si uccidano a vicenda durante un lungo e stretto viaggio?

Il più grande sconosciuto, potenzialmente, è il rischio per la salute psichiatrica. Un viaggio su Marte potrebbe svolgersi a bordo di una nave più piccola della Stazione Spaziale Internazionale, potenzialmente con meno persone a bordo. Inoltre, ci sarebbe un ritardo sempre maggiore nelle comunicazioni con la Terra. Sarà un viaggio lungo, solitario e angusto con cibo cattivo, sonno povero e luce innaturale. Cosa succede alle menti delle persone in quelle condizioni se si protraggono per anni?

Basner ha studiato cosa succede al cervello delle persone che hanno dovuto rimanere confinati in inverno in Antartide – un’esperienza per certi aspetti simile. “Si possono effettivamente vedere cambiamenti funzionali e strutturali nel cervello di queste persone“, dice. “Abbiamo visto la perdita di volume [del cervello], fondamentalmente diffusa attraverso il cervelloin reazione allo stress.

Questi cambiamenti si sono invertiti dopo le fine dell’inverno. Ma non si sa quali cambiamenti cerebrali potrebbero aver luogo nelle condizioni di isolamento e stress dello spazio profondo. E del resto, non siamo sicuri di come trattarli. “Gli astronauti sperimenteranno problemi psichiatrici, perché sono umani“, dice Feinberg. E non solo la NASA ha bisogno di capire tutti i disturbi che possono colpire la mente umana nello spazio, ma deve anche imparare come affrontarli.

Potrebbe essere possibile che il corpo umano e la nostra mente non possano semplicemente resistere all’infinito nello spazio. Potrebbe esserci un limite massimo per la quantità di tempo che trascorriamo lì. In ogni caso, sappiamo che qualsiasi missione su Marte o oltre sarà pericolosa. Potrebbe spingere il corpo umano a un nuovo limite. Ma l’unico modo per scoprire come mitigare questi rischi è che gli astronauti continuino a sottoporsi a una rigorosa valutazione come nel Twin Study di Scott Kelly. Dovranno passare ore lunghe e solitarie sulla luna o in qualche posto oltre la bassa orbita terrestre, e fare test sui loro corpi, i cervelli e la genetica.

C’è ancora molto da scoprire. Un’altra lacuna nella ricercaè se gli effetti negativi della bassa gravità sono mitigati sulla superficie della luna o sulla superficie di Marte, che hanno entrambi meno gravità della Terra. Diamine, vorrebbero anche sapere se le medicine per trattare i calcoli renali funzionano nello spazio. C’è così tanto da imparare.

Le più grandi incognite, e forse le più pericolose“, afferma JD Polk, responsabile medico capo della NASA, “sono quelle che non abbiamo considerato o non conosciamo, denominate colloquialmente” ignoti sconosciuti“.

Come li troviamo? avventurandoci più lontano e per più tempo di quanto abbiamo mai fatto.

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