C'è una forza i cui effetti sono così profondamente radicati nella nostra vita quotidiana che probabilmente non ci pensiamo molto:la gravità. La gravità è la forza che provoca l'attrazione tra le masse. Ecco perché quando fai cadere una penna, cade a terra. Ma poiché la forza gravitazionale è proporzionale alla massa dell'oggetto, solo oggetti grandi come i pianeti creano attrazioni tangibili. Questo è il motivo per cui lo studio della gravità si è tradizionalmente concentrato su oggetti massicci come i pianeti.

Le nostre prime missioni spaziali con equipaggio, però, ha completamente cambiato il modo in cui pensavamo agli effetti della gravità sui sistemi biologici. La forza di gravità non ci tiene solo ancorati al suolo; influenza il modo in cui i nostri corpi funzionano sulla più piccola delle scale. Ora, con la prospettiva di missioni spaziali più lunghe, i ricercatori stanno lavorando per capire cosa significhi una mancanza di gravità per la nostra fisiologia e come compensarla.

Liberato dalla presa della gravità

Non è stato fino a quando gli esploratori non hanno viaggiato nello spazio che qualsiasi creatura terrestre aveva trascorso del tempo in un ambiente di microgravità.

Gli scienziati hanno osservato che gli astronauti di ritorno erano diventati più alti e avevano sostanzialmente ridotto la massa ossea e muscolare. incuriosito, i ricercatori hanno iniziato a confrontare campioni di sangue e tessuti di animali e astronauti prima e dopo il viaggio nello spazio per valutare l'impatto della gravità sulla fisiologia. Gli astronauti-scienziati nell'ambiente in gran parte privo di gravità della Stazione Spaziale Internazionale hanno iniziato a studiare come le cellule crescono nello spazio.

La maggior parte degli esperimenti in questo campo sono effettivamente condotti sulla Terra, anche se, utilizzando la microgravità simulata. Facendo girare oggetti, come le cellule, in una centrifuga a velocità elevate, puoi creare queste condizioni di gravità ridotta.

Le nostre cellule si sono evolute per affrontare le forze in un mondo caratterizzato dalla gravità; se vengono improvvisamente liberati dagli effetti della gravità, le cose iniziano a diventare strane.

Rilevare le forze a livello cellulare

Insieme alla forza di gravità, le nostre cellule sono anche soggette a forze aggiuntive, comprese le sollecitazioni di trazione e taglio, quando le condizioni cambiano all'interno del nostro corpo.

Le nostre cellule hanno bisogno di modi per percepire queste forze. Uno dei meccanismi ampiamente accettati è attraverso i cosiddetti canali ionici meccano-sensibili. Questi canali sono pori sulla membrana cellulare che lasciano entrare o uscire dalla cellula particolari molecole cariche a seconda delle forze che rilevano.

Un esempio di questo tipo di meccano-recettore è il canale ionico PIEZO, presente in quasi tutte le cellule. Coordinano il tatto e la sensazione di dolore, a seconda della loro posizione nel corpo. Ad esempio, un pizzico sul braccio attiverebbe un canale ionico PIEZO in un neurone sensoriale, dicendogli di aprire i cancelli. In microsecondi, ioni come il calcio entrerebbero nella cellula, passando l'informazione che il braccio è stato pizzicato. La serie di eventi culmina nel ritiro del braccio. Questo tipo di rilevamento della forza può essere cruciale, così le cellule possono reagire rapidamente alle condizioni ambientali.

Senza gravità, le forze che agiscono sui canali ionici meccano-sensibili sono squilibrate, causando movimenti anormali di ioni. Gli ioni regolano molte attività cellulari; se non stanno andando dove dovrebbero quando dovrebbero, il lavoro delle cellule va in tilt. La sintesi proteica e il metabolismo cellulare sono interrotti.

Fisiologia senza gravità

Negli ultimi tre decenni, i ricercatori hanno attentamente scoperto come particolari tipi di cellule e sistemi corporei sono influenzati dalla microgravità.

• Cervello:Dagli anni '80, gli scienziati hanno osservato che l'assenza di gravità porta a una maggiore ritenzione di sangue nella parte superiore del corpo, e quindi aumento della pressione nel cervello. Ricerche recenti suggeriscono che questa maggiore pressione riduce il rilascio di neurotrasmettitori, molecole chiave che le cellule cerebrali usano per comunicare. Questa scoperta ha motivato studi su problemi cognitivi comuni, come difficoltà di apprendimento, nel ritorno degli astronauti.
• Ossa e muscoli:l'assenza di gravità dello spazio può causare una perdita ossea superiore all'1% al mese, anche negli astronauti sottoposti a rigidi regimi di esercizio. Ora gli scienziati stanno usando i progressi della genomica (lo studio delle sequenze del DNA) e della proteomica (lo studio delle proteine) per identificare come il metabolismo delle cellule ossee è regolato dalla gravità. In assenza di gravità, gli scienziati hanno scoperto che il tipo di cellule preposte alla formazione dell'osso è soppresso. Allo stesso tempo vengono attivati ​​i tipi di cellule responsabili della degradazione ossea. Insieme si aggiunge alla perdita ossea accelerata. I ricercatori hanno anche identificato alcune delle molecole chiave che controllano questi processi.
• Immunità:i veicoli spaziali sono soggetti a una rigorosa sterilizzazione per prevenire il trasferimento di organismi estranei. Tuttavia, durante la missione Apollo 13, un patogeno opportunista infettato dall'astronauta Fred Haise. Questo batterio, Pseudomonas aeruginosa, di solito infetta solo individui immunocompromessi. Questo episodio ha suscitato più curiosità su come il sistema immunitario si adatta allo spazio. Confrontando i campioni di sangue degli astronauti prima e dopo le loro missioni spaziali, i ricercatori hanno scoperto che la mancanza di gravità indebolisce le funzioni delle cellule T. Queste cellule immunitarie specializzate sono responsabili della lotta a una serie di malattie, dal comune raffreddore alla sepsi mortale.

Compensare la mancanza di gravità

La NASA e altre agenzie spaziali stanno investendo per supportare strategie che prepareranno gli esseri umani a viaggi spaziali a lunga distanza. Capire come resistere alla microgravità è una parte importante di questo.

L'attuale metodo migliore per superare l'assenza di gravità è aumentare il carico sulle cellule in un altro modo, tramite l'esercizio. Gli astronauti in genere trascorrono almeno due ore al giorno correndo e sollevando pesi per mantenere un volume sanguigno sano e ridurre la perdita ossea e muscolare. Sfortunatamente, esercizi rigorosi possono solo rallentare il deterioramento della salute degli astronauti, non impedirlo completamente.

Gli integratori sono un altro metodo che i ricercatori stanno studiando. Attraverso studi di genomica e proteomica su larga scala, gli scienziati sono riusciti a identificare specifiche interazioni cellula-chimica influenzate dalla gravità. Ora sappiamo che la gravità colpisce le molecole chiave che controllano i processi cellulari come la crescita, divisione e migrazione. Ad esempio, i neuroni cresciuti in microgravità sulla Stazione Spaziale Internazionale hanno meno di un tipo di recettore per il neurotrasmettitore GABA, che controlla i movimenti motori e la visione. Aggiunta di più funzioni ripristinate GABA, ma il meccanismo esatto non è ancora chiaro.

La NASA sta anche valutando se l'aggiunta di probiotici al cibo spaziale per potenziare il sistema digestivo e immunitario degli astronauti possa aiutare a prevenire gli effetti negativi della microgravità.

Agli albori dei viaggi nello spazio, una delle prime sfide è stata capire come superare la gravità in modo che un razzo potesse liberarsi dall'attrazione terrestre. Ora la sfida è come compensare gli effetti fisiologici di una mancanza di forza gravitazionale, soprattutto durante i lunghi voli spaziali.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.