La prossima sfida per arrivare su Marte: il corpo umano

Dalla NASA Programma Luna-Marte all’ambizioso piano di Elon Musk da inviare un milione di persone su Marte entro il 2050, è iniziata la corsa per portare l’uomo sul pianeta rosso. Con razzi e robotica sempre più sofisticati, le sfide tecnologiche che ostacolano il raggiungimento di questo obiettivo vengono rapidamente erose.

Ma potrebbe esserci un problema diverso che ostacola i piani di portare le persone fuori dal pianeta e inviarle ad esplorare il resto del sistema solare. Succedono cose strane al corpo umano nello spazio e dovremo trovare modi per affrontare questi problemi medici se vogliamo essere in grado di inviare astronauti in missioni di lunga durata come i diversi anni che potrebbe essere una missione su Marte richiedere.

Digital Trends ha parlato con il cardiologo dell'University College di Londra, il dottor Rohin Francis, che ha condotto studi sulla medicina spaziale, su come i corpi umani rispondono all’abitazione a lungo termine dell’ambiente spaziale e cosa potrebbe significare per le missioni con equipaggio Marte.

Cosa sappiamo del corpo umano nello spazio

Quando si tratta di missioni spaziali, ci sono due fattori principali che influenzano il corpo umano: la microgravità e le radiazioni ionizzanti.

Allo stato attuale, abbiamo molte ricerche sugli effetti della gravità zero sul corpo derivanti da anni di studio sul Stazione Spaziale Internazionale (ISS), e sappiamo che rimanere in microgravità per mesi o anni porta a una serie di problemi medici effetti collaterali.

Questi risultati sono supportati da quelli che vengono chiamati studi analogici, in cui vengono simulati ambienti a bassa gravità sulla Terra. "La maggior parte della ricerca sulla microgravità utilizza analoghi della microgravità", spiega Francis. “Queste sono persone pagate per restare a letto per settimane o mesi alla volta. Questo è il modo migliore che abbiamo per simulare la microgravità sulla Terra”.

Programmi come il Il programma bedrest dell’Agenzia spaziale europea consente ai ricercatori di studiare gli effetti della microgravità mantenendo i volontari in un letto inclinato verso la testa, che crea effetti simili alla microgravità del sangue e dei fluidi che affluiscono alla testa e ai muscoli atrofizzati lontano.

Cosa succede ai corpi a bassa gravità?

Uno degli effetti più problematici dell’esposizione a lungo termine alla microgravità è l’atrofia muscolare, poiché i muscoli non hanno bisogno di esercitare alcuna forza per contrastare la gravità e rimanere in posizione eretta. Nel corso del tempo, i muscoli di tutto il corpo avvizziscono, causando gravi problemi quando gli astronauti ritornano nell’ambiente terrestre a piena gravità. Ecco perché gli astronauti a bordo della ISS si esercitano per due ore ogni giorno, per far lavorare i muscoli il più possibile.

Altri problemi causati dalla microgravità includono la perdita di densità ossea: le stime dei potenziali effetti di una missione su Marte dicono che gli astronauti potrebbero perdere fino alla metà della loro massa scheletrica, Francis ha detto, anche se ha sottolineato che queste stime sono puramente speculative, così come la perdita di capacità cardiovascolare, problemi ai seni e riduzione della vista dovuta a cambiamenti nella forma del bulbo oculare.

Questi sono solo alcuni dei sintomi riscontrati da La NASA nel suo storico studio sui gemelli, in cui l'astronauta Scott Kelly ha trascorso un anno nello spazio prima di confrontare la sua fisiologia con quella del suo fratello gemello identico, Mark Kelly.

“Si ottiene una ridistribuzione dei liquidi, in modo da ottenere questa parte superiore del corpo molto gonfia e una testa gonfia. In precedenza si pensava che la pressione nella testa aumentasse e ciò spingesse contro la parte posteriore del bulbo oculare. È stato notato che gli astronauti hanno una riduzione dell’afflusso di sangue e un’atrofia del nervo ottico, che potrebbe essere dovuta a un aumento della pressione intracranica”, ha detto Francis. Tuttavia, dati recenti hanno suggerito che la pressione alla testa non è la causa principale della riduzione della vista. Potrebbe essere che qualche altro meccanismo, ancora sconosciuto, stia causando questi problemi.

Quando si tratta di trascorrere ancora più tempo nello spazio, in termini di decenni o vite umane, c’è un problema medico ancora più grande: la riproduzione. “Non siamo sicuri di quanto successo avrebbe il processo di fecondazione in condizioni di microgravità”, ha detto Francis. Negli studi, è stato scoperto che lo sperma umano nuota meno efficacemente in condizioni di microgravità rispetto alla Terra, quindi “anche lo sperma che arriva all’ovulo può essere influenzato in modo significativo”. Una recente ricerca sulla riproduzione tra i topi a gravità zero ha scoperto che potevano concepire con successo, ma che lo avrebbero fatto presto abortito.

Potrebbe anche non essere possibile concepire gli esseri umani lontano dalla Terra, il che mette un freno alla prospettiva di costruire una colonia fuori dal mondo a lungo termine.

E la gravità su Marte?

Una questione che deve ancora essere affrontata è esattamente come effettuare la ricerca dall’ambiente a gravità zero la ISS si applicherà all'ambiente a bassa gravità di Marte, dove la gravità è circa il 38% di quella di Terra. Potrebbe darsi che esista una soglia di forza gravitazionale al di sotto della quale i corpi iniziano a sperimentare problemi medici. Oppure potrebbe trattarsi di una relazione lineare, quindi gli effetti sugli astronauti su Marte sarebbero inferiori agli effetti sugli astronauti sulla ISS. Finché non avremo più dati su questa relazione, non c’è modo di saperlo con certezza.

"La gravità marziana potrebbe effettivamente essere abbastanza forte da prevenire molti di questi problemi", ha detto Francis. “Se hai una certa gravità, anche se è inferiore a quella della Terra, e la combini con contromisure come gli esercizi, potrebbe andare bene. È il viaggio laggiù che viene considerato la sfida principale”.

Trovarsi sulla superficie di Marte potrebbe mantenere la condizione degli astronauti, o addirittura recuperare parte della massa muscolare e scheletrica persa durante il viaggio. “Le stime finora si basano sul fatto che gli astronauti abbiano sperimentato la microgravità ovunque, perché non siamo sicuri di come tenere conto dei sei mesi che potrebbero trascorrere sulla superficie”.

L'elefante nella stanza: radiazioni ionizzanti

Grazie ad anni di esperienza con gli ambienti di microgravità, le agenzie spaziali hanno sviluppato strategie per mitigare e affrontare la maggior parte dei problemi medici da essi causati. Ma c’è un problema completamente diverso che sorge quando gli esseri umani iniziano a esplorare lo spazio oltre il campo magnetico protettivo della Terra. Al di fuori di questo rifugio sicuro, tutto ciò che si muove nello spazio è bombardato da pericolosi raggi cosmici. Le uniche missioni con equipaggio che sono andate al di fuori di questo rifugio sicuro sono state le missioni lunari, ma quelle comportavano solo esposizioni alle radiazioni per periodi di settimane, anziché mesi o anni.

Sappiamo che i raggi cosmici possono danneggiare i delicati componenti elettronici, quindi i veicoli spaziali progettati per viaggiare oltre la magnetosfera terrestre sono dotati di schermature per proteggere i loro componenti. Ma questi stessi raggi sono potenzialmente mortali per gli esseri umani e stiamo appena iniziando a capire come potrebbero influenzare il corpo umano. Ad esempio, la ricerca sui topi ha scoperto che l'esposizione alle radiazioni non può influire solo il corpo ma anche il cervelloe può anche portare a cambiamenti comportamentali come un aumento dei tassi di ansia.

L’esposizione alle radiazioni non è qualcosa i cui effetti possono essere migliorati allo stesso modo dell’atrofia muscolare. L’unico modo per proteggere gli astronauti dalle radiazioni è costruire strutture fisiche che li proteggano. “Le radiazioni saranno probabilmente l’ostacolo principale”, ha detto Francis. “Non c’è niente che tu possa fare da un punto di vista biologico per proteggerti dalle radiazioni. Dipenderà davvero dalla progettazione e dall’ingegneria della nave piuttosto che dalla biologia o dalla medicina”.

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