Le future missioni sulla Luna e su Marte dovranno affrontare molte sfide, inclusa la prevenzione della perdita di tessuto osseo e muscolare negli astronauti. La ricerca sulla Stazione Spaziale Internazionale sta contribuendo ad affrontare questa sfida.
Senza la gravità terrestre, sia le ossa che i muscoli si atrofizzano, o diventano più piccoli e deboli. Ben presto, gli scienziati si resero conto che l’esercizio fisico è una parte fondamentale per mantenere ossa e muscoli sani nello spazio, proprio come lo è sulla Terra. Dai semplici elastici delle prime missioni, l'attrezzatura per gli esercizi è diventata sempre più avanzata. L'attrezzatura attuale include il sistema di sollevamento pesi Advanced Resistive Esercizio Dispositivo (ARED), un tapis roulant di seconda generazione chiamato T2 e la macchina da ciclismo Cicloergometro con sistema di isolamento e stabilizzazione delle vibrazioni (CEVIS). Gli studi continuano a perfezionare questa attrezzatura, nonché l'intensità e la durata del modo in cui gli astronauti la utilizzano, con i membri dell'equipaggio che ora effettuano in media due ore di esercizio al giorno.
Installato nel 2008, ARED utilizza un sistema a pistone e volano per fornire un carico che imita essenzialmente il sollevamento pesi in assenza di gravità. Un'indagine attuale dell'ESA (Agenzia spaziale europea), ARED Kinematics analizza l'effetto di questo tipo di esercizio sul corpo in microgravità per aiutare a determinare programmi di allenamento ottimali prima, durante e dopo il volo spaziale. I risultati hanno dimostrato che l'allenamento pre-volo migliora le prestazioni di un individuo mentre si trova sulla stazione spaziale proprio come l'allenamento pre-campionato aiuta gli atleti nelle competizioni successive.
Dal 2001 al 2011, i membri dell'equipaggio hanno utilizzato il dispositivo di esercizio resistivo provvisorio (IRED), che poteva essere configurato per almeno 18 esercizi diversi utilizzando i muscoli della parte superiore e inferiore del corpo con un massimo di 300 libbre di forza resistiva. Una valutazione retrospettiva ha mostrato una certa correlazione tra la forza prima del volo e i cambiamenti post-volo, e l'analisi ha suggerito che un dispositivo di resistenza che fornisce carichi più elevati e prescrizioni di esercizi migliorate potrebbe fornire maggiori benefici.
CEVIS, installato nel 2001 e aggiornato nel 2023, utilizza attrito e resistenza ed è controllato da computer per mantenere un carico di lavoro accurato. Il sistema visualizza parametri quali velocità di pedalata, frequenza cardiaca, tempo trascorso e dettagli sulla prescrizione dell'esercizio. Uno studio che utilizza i dati raccolti dal CEVIS ha concluso che fino al 17% degli astronauti potrebbe sperimentare una perdita di prestazioni muscolari, salute delle ossa e capacità cardiorespiratoria se le missioni future continuassero a utilizzare le attuali contromisure per l’esercizio fisico. I ricercatori sottolineano che ciò evidenzia la necessità di perfezionare ulteriormente i regimi attuali, aggiungere altri interventi o migliorare il condizionamento preliminare.
L’attrezzatura adeguata è importante, ma lo è anche il modo in cui viene utilizzata. I primi regimi di esercizio includevano la corsa su un tapis roulant a bassa velocità e lo svolgimento di esercizi di resistenza a carichi bassi per lunghi periodi di tempo. Nonostante trascorressero fino a 10 ore a settimana nell’esercizio fisico, gli astronauti continuavano a perdere massa muscolare e densità ossea. Prove crescenti hanno dimostrato che l’esercizio fisico ad alta intensità e a basso volume era più efficace nel mantenere la forma fisica sulla Terra. L'Integrated Resistance and Aerobic Training Study (Sprint) ha confrontato i risultati di allenamenti a bassa intensità e ad alto volume con allenamenti ad alta intensità e a basso volume in condizioni di microgravità.
I risultati sono stati simili, ma allenamenti più brevi fanno risparmiare tempo all’equipaggio – una risorsa preziosa durante le missioni – e riducono l’usura delle attrezzature sportive.4 Le missioni future potrebbero essere limitate a un singolo dispositivo sia per l’esercizio aerobico che per quello di resistenza, richiedendo allenamenti più brevi in modo che ogni equipaggio il membro ottiene un turno. L'esercizio ad alta intensità potrebbe compensare questi limiti.
Un'indagine chiamata VO2max ha documentato i cambiamenti nel consumo massimo di ossigeno, che è considerato una misura standard della capacità lavorativa aerobica e fisica di una persona. Il volo spaziale di lunga durata ha causato una diminuzione significativa del consumo massimo di ossigeno e della capacità di esercizio aerobico. Questi risultati hanno importanti implicazioni per le future missioni spaziali di lunga durata, aggiungendo prova che le attuali contromisure potrebbero non essere adeguate.
Muscle Biopsy, un'indagine dell'ESA (Agenzia spaziale europea), ha analizzato i cambiamenti molecolari nel muscolo scheletrico prima e dopo il volo spaziale e ha identificato un prodotto enzimatico che potrebbe essere utilizzato come possibile indicatore della salute dei muscoli. I risultati suggeriscono che gli attuali protocolli di esercizio sono efficaci nel prevenire il decondizionamento muscolare e supportano miglioramenti nelle contromisure per proteggere la salute e le prestazioni dell'equipaggio nelle future missioni di esplorazione dello spazio profondo.
Sebbene gli attuali programmi di esercizi sembrino moderare i cambiamenti nel sistema muscolo-scheletrico, i risultati individuali variano. Inoltre, i regimi attuali probabilmente non possono essere trasferiti direttamente a missioni di esplorazione più lunghe a causa di vincoli di spazio, problemi ambientali come la rimozione di calore e umidità, esigenze di manutenzione e riparazione dei dispositivi e la difficoltà di trovare tempo per l’esercizio ed evitare interferenze con il lavoro di altri. membri dell'equipaggio.
Le missioni pianificate per esplorare la Luna e lo spazio profondo possono durare fino a tre anni. La ricerca continua a concentrarsi sulla combinazione di dieta, esercizio fisico e farmaci che potrebbero mantenere in salute gli astronauti durante il volo spaziale, quando mettono piede sulla Luna o su Marte e quando ritornano sulla Terra. Poiché l'invecchiamento, lo stile di vita sedentario e le malattie causano la perdita di ossa e muscoli sulla Terra, questa ricerca può portare benefici anche alle persone sul campo.
Fornito dalla NASA
