Un astronauta "solleva" un altro con il dito. Foto per gentile concessione della NASA Vediamo spesso immagini di astronauti che fluttuano all'interno della Stazione Spaziale Internazionale. Mentre l'assenza di gravità sembra divertente, pone grandi esigenze al tuo corpo. Inizialmente, ti senti nauseato, vertigini e disorientati. La testa e i seni si gonfiano e le gambe si restringono. A lungo termine, i muscoli si indeboliscono e le ossa diventano fragili. Questi effetti sul tuo corpo potrebbero causare gravi danni durante un lungo viaggio, come un viaggio su Marte.
In questo articolo, ti accompagneremo in un lungo viaggio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, dove esamineremo cos'è l'assenza di gravità, cosa succede al tuo corpo, come avvengono questi cambiamenti e cosa si può fare per prevenire o invertire questi effetti negativi.
Contenuti
Immagina di essere vestito con la tua tuta spaziale e di essere sdraiato sulla schiena nel ponte di volo della navetta spaziale. Sei stato supino sulla sedia per diverse ore mentre i piloti e il controllo della missione hanno svolto i preparativi per il lancio pre-volo. Normalmente, quando stai in piedi, la gravità spinge il sangue verso il basso in modo che si depositi nelle vene delle gambe. Però, perché sei stato sdraiato sulla schiena, il sangue è distribuito in modo diverso attraverso il tuo corpo, spostandosi leggermente verso la testa perché i piedi sono sollevati. La tua testa potrebbe sembrare un po' soffocante, proprio come fa di notte quando dormi.
I motori a razzo si accendono e senti l'accelerazione. Vieni spinto indietro nel tuo posto mentre la navetta sale. Ti senti pesante quando le forze G dell'accelerazione della navetta aumentano fino a tre volte la gravità normale (alcune corse sulle montagne russe possono raggiungere questo livello di accelerazione). Il tuo petto si sente compresso e potresti avere qualche difficoltà a respirare. In circa 8 minuti e mezzo, sei nello spazio, provando una sensazione completamente diversa: assenza di peso .
L'assenza di gravità è più correttamente definita microgravità . In realtà non sei senza peso, perché la gravità della Terra sta trattenendo te e tutto ciò che è nella navetta in orbita. In realtà sei in uno stato di caduta libera , proprio come saltare da un aeroplano tranne per il fatto che ti muovi così velocemente orizzontalmente (5 miglia al secondo o 8 chilometri al secondo) che, mentre cadi, non tocchi mai il suolo perché la Terra si curva lontano da te. È così:quando ti trovi su una bilancia da bagno, misura il tuo peso perché la gravità attrae te e la bilancia. Perché la bilancia è appoggiata a terra, ti spinge verso l'alto con una forza uguale -- questa forza uguale è il tuo peso. Però, se dovessi saltare da un dirupo stando in piedi su una bilancia da bagno, sia tu che la bilancia verreste abbassati allo stesso modo dalla gravità. Non spingeresti sulla bilancia e non ti respingerebbe. Perciò, il tuo peso sarebbe zero.
Perché la navetta e tutti gli oggetti al suo interno stanno cadendo in giro per il mondo alla stessa velocità, tutto nella navetta che non è fissato galleggia. Se hai i capelli lunghi, fluttua intorno al tuo viso. Se versi un bicchiere d'acqua, assume un grande, goccia sferica che puoi spezzare in parti separate, gocce più piccole. Cibo e caramelle galleggiano dolcemente alla tua bocca se li spingi in quella direzione. Mentre sei seduto al tuo posto, non hai la sensazione di essere seduto perché il tuo corpo non preme contro il sedile. Se non sei assicurato a qualcosa, tu galleggi. Per di più, se non riesci a raggiungere un muro o una presa di mano/piede, non puoi muoverti dalla tua posizione perché non hai nulla contro cui spingere. Per questa ragione, La NASA ha posto molte restrizioni, appigli per le mani e per i piedi in tutta la cabina della navetta.
Storia dell'astronauta Musgrave sulla Terra (a sinistra) e in orbita (a destra). Puoi vedere il gonfiore intorno agli occhi e alle guance causato dalla microgravità. Foto per gentile concessione della NASA Quando incontri per la prima volta la microgravità, hai le seguenti sensazioni:
Più a lungo rimani in microgravità, più i muscoli e le ossa si indeboliscono.
Queste sensazioni sono causate da cambiamenti in vari sistemi del tuo corpo. Diamo un'occhiata più da vicino a come risponde il tuo corpo.
La nausea e il disorientamento che provi sono come quella sensazione di sprofondamento nello stomaco quando la tua auto colpisce un tuffo sulla strada o provi una caduta su un giro sulle montagne russe, solo tu hai quella sensazione costantemente per diversi giorni. Questa è la sensazione di mal di spazio, o cinetosi spaziale , che è causato da informazioni contrastanti che il tuo cervello riceve dai tuoi occhi e dagli organi vestibolari situati nell'orecchio interno.
I tuoi occhi possono vedere in che direzione si trova l'alto e il basso all'interno della navetta. Però, perché il tuo sistema vestibolare si basa sull'attrazione verso il basso della gravità per dirti in che direzione è su o giù e in quale direzione ti stai muovendo, non funziona in condizioni di microgravità. Quindi i tuoi occhi potrebbero dire al tuo cervello che sei sottosopra, ma il tuo cervello non riceve alcun input interpretabile dai tuoi organi vestibolari. Il tuo cervello confuso produce la nausea e il disorientamento, che a sua volta può portare a vomito e perdita di appetito. Fortunatamente, dopo pochi giorni, il tuo cervello si adatta alla situazione basandosi esclusivamente sugli input visivi, e cominci a sentirti meglio. La NASA ha emesso cerotti per aiutare gli astronauti ad affrontare la nausea fino a quando i loro corpi non si saranno adattati.
In microgravità, il tuo viso si sentirà pieno e i tuoi seni paranasali si sentiranno congestionati, che può contribuire al mal di testa e alla cinetosi spaziale. Ti senti allo stesso modo sulla Terra quando ti pieghi o stai a testa in giù, perché il sangue ti sale alla testa.
Sulla terra, la gravità attira il tuo sangue, provocando l'accumulo di volumi significativi nelle vene delle gambe. Una volta che incontri la microgravità, il sangue si sposta dalle gambe al petto e alla testa. Il tuo viso tende a gonfiarsi e i tuoi seni nasali si gonfiano, come mostrato di seguito. Lo spostamento del fluido riduce anche le dimensioni delle gambe.
Quando il sangue si sposta al petto, il tuo cuore aumenta di dimensioni e pompa più sangue ad ogni battito. I reni rispondono a questo aumento del flusso sanguigno producendo più urina, proprio come fanno dopo aver bevuto un grande bicchiere d'acqua. Anche, l'aumento del sangue e dei liquidi diminuisce la secrezione dell'ormone antidiuretico (ADH) da parte della ghiandola pituitaria, che ti fa meno sete. Perciò, non bevi tanta acqua quanto potresti sulla Terra. Globale, questi due fattori si combinano per aiutare a liberare il petto e la testa dal liquido in eccesso, e in pochi giorni, i livelli di fluidi del tuo corpo sono inferiori a quelli che erano sulla Terra. Anche se hai ancora la testa leggermente gonfia e i seni nasali chiusi, non è così male dopo i primi due giorni. Al tuo ritorno sulla Terra, la gravità riporterà quei fluidi alle gambe e lontano dalla testa, che ti farà sentire svenire quando ti alzi. Ma comincerai anche a bere di più, e i tuoi livelli di liquidi torneranno alla normalità in un paio di giorni.
Mentre i reni eliminano il liquido in eccesso, riducono anche la loro secrezione di eritropoietina, un ormone che stimola la produzione di globuli rossi da parte delle cellule del midollo osseo. La diminuzione della produzione di globuli rossi corrisponde alla diminuzione del volume plasmatico in modo che il ematocrito (percentuale del volume di sangue occupato dai globuli rossi) è lo stesso che sulla Terra. Al tuo ritorno sulla Terra, i tuoi livelli di eritropoietina aumenteranno, così come il conteggio dei globuli rossi.
Quando sei in microgravità, il tuo corpo assume una postura "fetale":ti accovacci leggermente, con le braccia e le gambe piegate a metà davanti a te. In questa posizione, non usi molti dei tuoi muscoli, in particolare quei muscoli che aiutano a stare in piedi e a mantenere la postura ( muscoli antigravitazionali ). Man mano che la tua permanenza a bordo della Stazione Spaziale Internazionale si allunga, i tuoi muscoli cambiano La massa dei tuoi muscoli diminuisce, che contribuisce all'aspetto "gamba d'uccello". I tipi di fibre muscolari cambiano da contrazione lenta a contrazione rapida. Il tuo corpo non ha più bisogno di fibre di resistenza a contrazione lenta, come quelli usati in piedi. Anziché, sono necessarie più fibre a contrazione rapida mentre ti spingi rapidamente fuori dalle superfici della stazione spaziale. Più rimani alla stazione, meno massa muscolare avrai. Questa perdita di massa muscolare ti rende più debole, presentando problemi per i voli spaziali di lunga durata e al ritorno a casa alla gravità terrestre.
Sulla terra, le tue ossa sostengono il peso del tuo corpo. Le dimensioni e la massa delle ossa sono bilanciate dalla velocità con cui determinate cellule ossee ( osteoblasti ) depositano nuovi strati minerali e altre cellule ( osteoclasti ) masticare quegli strati minerali. In microgravità, le tue ossa non hanno bisogno di sostenere il tuo corpo, così tutte le tue ossa, specialmente le ossa portanti nei fianchi, cosce e fondoschiena, sono usati molto meno di quanto non siano sulla Terra. In queste ossa, la velocità con cui i tuoi osteoblasti depositano nuovi strati ossei è ridotta (nessuno sa esattamente perché, anche se si pensa che in qualche modo siano coinvolti cambiamenti di forza e di stress), mentre la velocità con cui gli osteoclasti masticano l'osso rimane la stessa. Il risultato è che le dimensioni e la massa di queste ossa continuano a diminuire finché si rimane in condizioni di microgravità, ad un tasso di circa l'1 per cento al mese. Questi cambiamenti nella massa ossea rendono le tue ossa deboli e hanno maggiori probabilità di rompersi al tuo ritorno alla gravità terrestre. Non si sa quanta parte della perdita ossea sia recuperabile al ritorno sulla Terra, anche se probabilmente non è al 100%. Questi cambiamenti nelle ossa possono limitare la durata dei voli spaziali. Sono necessarie ulteriori ricerche in questo settore.
Oltre alle ossa deboli, la concentrazione di calcio nel sangue aumenta leggermente man mano che le ossa vengono masticate dagli osteoclasti. I tuoi reni devono liberarsi del calcio in eccesso, che li rende suscettibili alla formazione di calcoli renali dolorosi.
Cosa si può fare per aiutarti ad affrontare l'ambiente di microgravità? Per quanto riguarda le cose non viventi, ogni oggetto nella navetta o nella stazione spaziale deve essere riposto negli armadietti, legato o fissato al muro con velcro.
Per esempio, quando mangi un pasto in microgravità, devi essere tenuto alla navetta con appigli, e il vassoio del cibo è attaccato a te con una cinghia. Il tuo cibo tende ad essere in forme appiccicose o pastose, come riso o burro di arachidi, in modo che non voli via. Se sei in una postazione di lavoro, usi cinghie e appigli per trattenerti. Attrezzatura portatile, come un computer portatile, è legato a te (come mostrato sopra), una rastrelliera per l'attrezzatura o la parete dell'astronave.
Per quanto riguarda tutti questi cambiamenti che si verificano nel tuo corpo durante la tua permanenza a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, cosa puoi fare per rimanere in salute, specialmente al tuo ritorno sulla Terra? Ricorda che abbiamo a che fare principalmente con tre cambiamenti:
Una contromisura per affrontare la perdita di liquidi è un dispositivo chiamato pressione negativa della parte inferiore del corpo (LBNP) , che applica un'aspirazione simile a un aspirapolvere sotto la vita per trattenere i liquidi nelle gambe. Questo dispositivo potrebbe essere collegato a un dispositivo per esercizi fisici, come un tapis roulant. Potresti trascorrere 30 minuti al giorno nell'LBNP per mantenere il tuo sistema circolatorio in condizioni vicine alla Terra.
Test del dispositivo LBNP Foto per gentile concessione della NASA Anche, appena prima del tuo ritorno sulla Terra, puoi bere grandi quantità di acqua o soluzioni elettrolitiche per aiutare a sostituire i liquidi persi. Questo può impedirti di svenire quando ti alzi e scendi dalla navetta.
La NASA e l'Agenzia Spaziale Russa hanno scoperto che il modo migliore per ridurre al minimo la perdita di massa muscolare e ossea nello spazio è allenarsi frequentemente. Questo allena i tuoi muscoli, impedisce loro di deteriorarsi e sottopone a stress le ossa per produrre una sensazione simile al peso. Ti alleni fino a due ore al giorno su varie macchine (tapis roulant, vogatore, bicicletta). Devi essere trattenuto durante l'esercizio, di solito da cinghie che producono tensione, come corde elastiche, che ti trattengono alla macchina.
È necessaria molta più ricerca per sviluppare contromisure ai cambiamenti del corpo nella microgravità. Questa ricerca deve essere condotta sia a terra che nello spazio - a bordo della Stazione Spaziale Internazionale - utilizzando sia esseri umani che animali. I risultati di tale ricerca contribuiranno a migliorare la salute degli astronauti e a spianare la strada all'esplorazione dello spazio a lungo termine, come un viaggio su Marte.
Come simulare la microgravità sulla TerraEcco alcuni modelli umani e animali per simulare e studiare la microgravità sulla Terra:
Organi vestibolari Foto per gentile concessione della NASA L'orientamento e il movimento vengono rilevati utilizzando il sistema vestibolare , che si trova nella parte superiore dell'orecchio interno.
Ecco come rileva il sistema vestibolare orientamento rispetto alla gravità :Esso ha organi otolitici che contengono cristalli di carbonato di calcio (gesso). I cristalli sono attaccati a cellule nervose sensoriali simili a capelli in diversi orientamenti (x-, assi y e z).
Ecco come rileva il sistema vestibolare movimento :Ce ne sono tre canali semicircolari per rilevare il movimento, nello specifico accelerazione . Sono orientati ad angolo retto l'uno rispetto all'altro, e ciascuno è in una delle tre direzioni (x-, asse y o z). Contengono un fluido chiamato endolinfa e cellule nervose sensoriali simili a capelli .
