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    Per evitare problemi di vista nello spazio, gli astronauti avranno bisogno di una sorta di gravità artificiale

    L'astronauta della NASA Nicole Stott, Ingegnere di volo Expedition 20/21, è raffigurato vicino al Mice Drawer System (MDS) nel laboratorio Kibo della Stazione Spaziale Internazionale. Credito:NASA

    Da quando gli astronauti hanno iniziato ad andare nello spazio per lunghi periodi di tempo, è noto che l'esposizione a lungo termine alla gravità zero o alla microgravità comporta la sua quota di effetti sulla salute. Questi includono atrofia muscolare e perdita di densità ossea, ma si estendono anche ad altre aree del corpo portando a una ridotta funzione degli organi, circolazione, e persino cambiamenti genetici.

    Per questa ragione, numerosi studi sono stati condotti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per determinare l'entità di questi effetti, e quali strategie possono essere utilizzate per mitigarli. Secondo un nuovo studio apparso di recente nel Rivista internazionale di scienze molecolari , un team di ricercatori finanziati dalla NASA e dalla JAXA ha mostrato come la gravità artificiale dovrebbe essere una componente chiave di qualsiasi futuro piano a lungo termine nello spazio.

    Come notato, una notevole quantità di ricerche è stata condotta per identificare e quantificare gli effetti che la microgravità ha sul corpo umano. Un buon esempio di ciò è lo studio sui gemelli condotto dal programma di ricerca umana della NASA (HRP), che ha studiato gli effetti sul corpo dell'astronauta Scott Kelly dopo aver trascorso un anno a bordo della Stazione Spaziale Internazionale - usando suo fratello gemello, Marco Kelly, come il controllo.

    Questi e altri studi hanno confermato che l'esposizione alla microgravità non può solo influenzare la densità ossea e la massa muscolare, ma anche funzione immunitaria, ossigenazione del sangue, salute cardiovascolare, e anche possibili cambiamenti genomici e cognitivi. Inoltre, la vista è anche qualcosa che può essere influenzata dal tempo trascorso nello spazio, che è il risultato di una minore circolazione e ossigeno che arriva al tessuto oculare.

    Vista esterna di un toro di Stanford. In basso al centro è lo specchio solare primario non rotante, che riflette la luce solare sull'anello angolato degli specchi secondari attorno al mozzo. Credito:dipinto di Donald E. Davis

    Infatti, circa il 30 percento degli astronauti in voli spaziali a breve termine (circa due settimane) e il 60 percento in missioni di lunga durata verso la ISS hanno riportato qualche danno alla vista. In risposta, Il professor Michael Delp, preside del College of Human Sciences della Florida State University (FSU) e coautore del documento, e i suoi colleghi raccomandano di incorporare la gravità artificiale nelle missioni future.

    Per anni, e con il supporto della NASA, Delps ha studiato l'effetto della microgravità sulla vista degli astronauti. Come ha detto in un recente comunicato di FSU News:

    "Il problema è che più a lungo gli astronauti sono nello spazio, più è probabile che soffrano di disabilità visive. Alcuni astronauti si riprenderanno dai cambiamenti visivi, ma alcuni no. Quindi questa è una priorità assoluta per la NASA e le agenzie spaziali di tutto il mondo. Con questa applicazione della gravità artificiale, abbiamo scoperto che non impediva del tutto i cambiamenti all'occhio, ma non abbiamo visto i peggiori risultati".

    Per determinare se la gravità artificiale ridurrebbe questi effetti, Delp ha collaborato con i ricercatori della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) in una collaborazione per la prima volta. A loro si è unito il professor Xiao Wen Mao (autore principale dello studio) della Linda Loma University, così come i membri dell'Università dell'Arkansas per le scienze mediche, l'Istituto di ricerca per bambini dell'Arkansas, e l'Università di Tsukuba.

    Vista in sezione di Stanford Torus. La rotazione del toroide fornisce una gravità normale all'interno della Terra. Credito:Rick Guidece/NASA

    Il team ha quindi esaminato i cambiamenti nei tessuti oculari dei topi dopo aver trascorso 35 giorni a bordo della ISS. I soggetti del test consistevano in 12 topi maschi di nove settimane che sono stati trasportati dal Kennedy Space Center e alloggiati nell'unità Habitat Cage Unit (HCU) nel laboratorio JAXA "Kibo" sulla ISS. Durante il loro soggiorno, i topi sono stati divisi in due gruppi.

    Considerando che un gruppo viveva in condizioni di microgravità ambientale, l'altro viveva in un'unità abitativa centrifuga che produceva 1 g di gravità artificiale (l'equivalente della gravità terrestre). Da questa, il team di ricerca ha scoperto che il primo gruppo ha subito danni ai vasi sanguigni che sono importanti per la regolazione della pressione del fluido all'interno degli occhi.

    "Quando siamo sulla Terra, la gravità spinge il fluido verso il basso verso i nostri piedi, " disse Phelps. "Quando perdi la gravità, il fluido si sposta verso la testa. Questo cambiamento di fluido colpisce il sistema vascolare in tutto il corpo, e ora sappiamo che colpisce anche i vasi sanguigni negli occhi".

    Inoltre, il team ha notato che anche i profili di espressione delle proteine ​​erano cambiati negli occhi dei topi a causa della microgravità. A confronto, i topi che hanno trascorso il loro tempo nella centrifuga non hanno subito altrettanto danni ai loro tessuti oculari. Questi risultati indicano che la gravità artificiale, probabilmente sotto forma di sezioni rotanti o centrifughe, sarà una componente necessaria per le missioni spaziali di lunga durata.

    Una visione globale del veicolo di esplorazione spaziale multi missione Nautilus-X progettato dalla NASA. Credito:Mark L Holderman - Team di valutazione delle applicazioni tecnologiche della NASA

    Mentre i concetti vanno, l'uso della gravità artificiale nello spazio non è una novità. Oltre ad essere un concetto ben esplorato nella fantascienza, le agenzie spaziali lo hanno esaminato come un possibile modo per stabilire una presenza umana permanente nello spazio. Un fulgido esempio di ciò è lo Stanford Torus Space Settlement, un progetto principale che è stato considerato dallo studio estivo della NASA del 1975.

    Come sforzo collaborativo tra l'Ames Research Center della NASA e la Stanford University, questo programma di dieci settimane consisteva di professori, direttori tecnici e studenti che si uniscono per costruire una visione di come le persone potrebbero un giorno vivere in una grande colonia spaziale. Il risultato di ciò è stato un concetto per una stazione spaziale simile a una ruota che avrebbe ruotato per fornire la sensazione di gravità normale o parziale della Terra.

    Inoltre, "toroide rotante" sono stati presi in considerazione per i veicoli spaziali per garantire che gli astronauti in missioni di lunga durata possano limitare il loro tempo in condizioni di microgravità. Un buon esempio di ciò è il trasporto universale non atmosferico destinato alla lunga esplorazione degli Stati Uniti (Nautilus-X), un concetto di veicolo spaziale multi-missione sviluppato nel 2011 dagli ingegneri Mark Holderman e Edward Henderson del Technology Applications Assessment Team della NASA.

    Come per le ricerche precedenti, questo studio evidenzia l'importanza di mantenere la salute degli astronauti durante le missioni a lungo termine nello spazio, così come i viaggi di lunga durata. Però, questo studio si distingue in quanto è il primo di una serie progettata per comprendere meglio la disabilità visiva tra gli astronauti.

    "Speriamo che la continua e forte collaborazione scientifica ci aiuti ad accumulare i risultati sperimentali necessari per prepararci alla futura esplorazione dello spazio profondo con equipaggio, "ha detto Dai Shiba, un ricercatore senior per JAXA e un coautore del documento. Mao, l'autore principale dello studio, ha anche indicato che è fiduciosa che questa ricerca andrà oltre l'esplorazione dello spazio e avrà applicazioni qui sulla Terra:

    "Speriamo che i nostri risultati non solo caratterizzino l'impatto dell'ambiente del volo spaziale sugli occhi, ma contribuiscano a nuove cure o trattamenti per i problemi di vista indotti dal volo spaziale e per altri disturbi legati alla Terra, come la degenerazione maculare senile e la retinopatia".

    Non c'è dubbio che quando si tratta del futuro dell'esplorazione spaziale, ci sono molte sfide che ci aspettano. Non solo abbiamo bisogno di sviluppare veicoli spaziali in grado di combinare efficienza del carburante e potenza, dobbiamo ridurre il costo dei singoli lanci e trovare modi per mitigare i rischi per la salute delle missioni a lungo termine. Al di là degli effetti della microgravità, c'è anche il problema dell'esposizione prolungata alle radiazioni solari e cosmiche.

    E non dimentichiamo che le missioni sulla superficie lunare e su Marte dovranno fare i conti con l'esposizione a lungo termine alla gravità inferiore, soprattutto quando si tratta di avamposti. Come tale, non sarebbe inverosimile immaginare che tori e centrifughe potrebbero diventare una parte regolare dell'esplorazione spaziale nel prossimo futuro.


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