La NASA si è impegnata a inviare esseri umani su Marte entro il 2030. Questo è un obiettivo ambizioso se si pensa che un tipico viaggio di andata e ritorno durerà da tre a sei mesi e ci si aspetta che gli equipaggi rimangano sul pianeta rosso fino a due anni prima che l'allineamento planetario consenta il viaggio di ritorno a casa. Significa che gli astronauti devono vivere in una (micro) gravità ridotta per circa tre anni, ben oltre l'attuale record di 438 giorni consecutivi nello spazio detenuto dal cosmonauta russo Valery Polyakov.

Agli albori dei viaggi nello spazio, gli scienziati hanno lavorato duramente per capire come superare la forza di gravità in modo che un razzo potesse catapultarsi libero dall'attrazione della Terra per far atterrare gli umani sulla Luna. Oggi, la gravità rimane in cima all'agenda scientifica, ma questa volta siamo più interessati a come la gravità ridotta influisce sulla salute degli astronauti, specialmente sul loro cervello. Dopotutto, ci siamo evoluti per esistere all'interno della gravità terrestre (1 g), non nell'assenza di gravità dello spazio (0 g) o nella microgravità di Marte (0,3 g).

Quindi, esattamente come fa il cervello umano a far fronte alla microgravità? male, in poche parole, anche se le informazioni al riguardo sono limitate. Questo è sorprendente, poiché sappiamo che i volti degli astronauti diventano rossi e gonfi durante l'assenza di gravità - un fenomeno affettuosamente noto come "effetto Charlie Brown", o "sindrome delle zampe di uccello dalla testa gonfia". Ciò è dovuto al fluido costituito principalmente da sangue (cellule e plasma) e liquido cerebrospinale che si sposta verso la testa, facendoli avere rotondi, facce gonfie e gambe più magre.

Questi spostamenti di fluidi sono anche associati alla cinetosi spaziale, mal di testa e nausea. Hanno anche, più recentemente, è stato collegato alla visione offuscata a causa di un accumulo di pressione all'aumentare del flusso sanguigno e il cervello fluttua verso l'alto all'interno del cranio, una condizione chiamata disabilità visiva e sindrome da pressione intracranica. Anche se la NASA considera questa sindrome il principale rischio per la salute per qualsiasi missione su Marte, capire cosa lo causa e – domanda ancora più difficile – come prevenirlo, rimane ancora un mistero.

Allora, dove si inserisce la mia ricerca in questo? Bene, Penso che alcune parti del cervello finiscano per ricevere troppo sangue perché l'ossido nitrico, una molecola invisibile che di solito fluttua nel flusso sanguigno, si accumula nel flusso sanguigno. Questo fa rilassare le arterie che forniscono sangue al cervello, in modo che si aprano troppo. Come risultato di questo inarrestabile aumento del flusso sanguigno, la barriera emato-encefalica - "ammortizzatore" del cervello - può essere sopraffatta. Ciò consente all'acqua di accumularsi lentamente (una condizione chiamata edema), provocando gonfiore del cervello e aumento della pressione che può anche essere aggravato dai limiti della sua capacità di drenaggio.

Pensalo come un fiume che straripa dalle sue sponde. Il risultato finale è che non abbastanza ossigeno arriva alle parti del cervello abbastanza velocemente. Questo è un grosso problema che potrebbe spiegare perché si verifica una visione offuscata, così come gli effetti su altre abilità, inclusa l'agilità cognitiva degli astronauti (come pensano, concentrati, ragione e movimento).

Un viaggio nella 'cometa del vomito'

Per capire se la mia idea era giusta, dovevamo testarlo. Ma invece di chiedere alla NASA un viaggio sulla luna, siamo sfuggiti ai vincoli della gravità terrestre simulando l'assenza di gravità in uno speciale aereo soprannominato la "cometa vomito".

Salendo e poi tuffandosi nell'aria, questo aereo esegue fino a 30 di queste "parabole" in un unico volo per simulare la sensazione di assenza di gravità. Durano solo 30 secondi e devo ammettere, è molto avvincente e hai davvero una faccia gonfia!

Con tutta l'attrezzatura saldamente fissata, abbiamo preso le misure da otto volontari che hanno preso un singolo volo ogni giorno per quattro giorni. Abbiamo misurato il flusso sanguigno in diverse arterie che irrorano il cervello utilizzando un ecografo doppler portatile, che funziona facendo rimbalzare le onde sonore ad alta frequenza sui globuli rossi circolanti. Abbiamo anche misurato i livelli di ossido nitrico in campioni di sangue prelevati dalla vena dell'avambraccio, così come altre molecole invisibili che includevano radicali liberi e proteine ​​specifiche del cervello (che riflettono un danno strutturale al cervello) che potrebbero dirci se la barriera emato-encefalica è stata forzata ad aprirsi.

I nostri primi risultati hanno confermato ciò che avevamo previsto. I livelli di ossido nitrico sono aumentati in seguito a ripetuti attacchi di assenza di gravità, e questo ha coinciso con un aumento del flusso sanguigno, in particolare attraverso le arterie che irrorano la parte posteriore del cervello. Questo ha forzato l'apertura della barriera emato-encefalica, anche se non c'era evidenza di danno cerebrale strutturale.

Ora stiamo pianificando di seguire questi studi con valutazioni più dettagliate dei cambiamenti di sangue e fluidi nel cervello utilizzando tecniche di imaging come la risonanza magnetica per confermare i nostri risultati. Esploreremo anche gli effetti delle contromisure come i pantaloni a ventosa di gomma - che creano una pressione negativa nella metà inferiore del corpo con l'idea che possono aiutare a "succhiare" il sangue dal cervello dell'astronauta - così come i farmaci per contrastare l'aumento dell'ossido nitrico. Ma questi risultati non solo miglioreranno i viaggi nello spazio, ma possono anche fornire preziose informazioni sul motivo per cui la "gravità" dell'esercizio è una buona medicina per il cervello e su come può proteggere da demenza e ictus in età avanzata.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.