La microgravità indebolisce sia l'osso che i muscoli. Gli effetti sono interconnessi, poiché l'indebolimento del muscolo accelera l'indebolimento dell'osso. Questo può lasciare agli astronauti la perdita di massa muscolare e ossea a lungo termine. Comprendere - e auspicabilmente combattere - gli effetti della microgravità sulle ossa e sui muscoli degli astronauti rappresentano una sfida critica per i viaggi nello spazio.
Forza muscolare
La microgravità indebolisce i muscoli in diversi modi, che sono stati esplorati in uno studio del 2003 dall'Università di Udine in Italia. Dopo circa 240 giorni nello spazio, la forza totale degli astronauti scende a circa il 70% della forza iniziale. I muscoli umani hanno due tipi di fibre muscolari, che sono influenzate in modo leggermente diverso, anche se entrambi si indeboliscono. Le fibre a contrazione lenta si indeboliscono all'incirca alla stessa velocità della forza totale. Tuttavia, le fibre muscolari a contrazione rapida si atrofizzano ancora più rapidamente e dopo circa sei mesi hanno circa il 45% della loro forza iniziale. Questo lascia i muscoli degli astronauti notevolmente indeboliti. Curiosamente, la perdita muscolare sembra avvenire più radicalmente nella parte superiore del corpo, mentre la perdita ossea tende a causare gli effetti più gravi nella parte inferiore del corpo.
Perdita ossea
La microgravità provoca l'osteopenia, la perdita di densità ossea, una condizione correlata all'osteoporosi. Infatti, secondo il dott. Jay Shapiro, il team leader per gli studi sulle ossa presso l'Istituto Nazionale di Ricerca Biomedica Spaziale, "l'entità di questo (problema) ha portato la NASA a considerare la perdita ossea un rischio intrinseco di estesi voli spaziali". Un componente importante in questo problema deriva dall'attività a livello cellulare. In condizioni normali, un insieme di cellule chiamate osteoclasti rompono l'osso mentre un altro tipo di cellula ossea, gli osteoblasti creano allo stesso tempo nuovo osso. Tuttavia, gli osteoblasti rispondono allo stress, costruendo l'osso dove il corpo lo spinge. Nello spazio, le ossa sentono molto poco stress, dal momento che la gravità non attira le ossa e muscoli indeboliti mettono meno stress sulle ossa. Ciò causa il processo di demolizione delle ossa vecchie e la costruzione di nuovo tessuto osseo per uscire dalla sincronia, con conseguente indebolimento delle ossa. Ma anche altri fattori sembrano contribuire al problema. Ad esempio, il corpo tende a produrre fibre di collagene malformate in microgravità, il che contribuisce al declino della salute delle ossa.
I sintomi della microgravità
A livello clinico, questi cambiamenti all'osso e al muscolo causano molti problemi per gli astronauti. La perdita ossea è più pronunciata nella metà inferiore del corpo, dove gli astronauti possono perdere dall'1 al 2% della loro massa ossea al mese, anche se sembra livellare a circa il 20% della perdita ossea nei più lunghi voli spaziali. L'indebolimento di ossa e muscoli alla fine assomiglia agli effetti di periodi prolungati di riposo a letto. Gli astronauti hanno bisogno di tempo per riadattare i loro muscoli alla gravità della Terra. Inoltre, il calcio si accumula nel sangue man mano che le ossa perdono massa. Questo promuove i calcoli renali negli astronauti.
Contrastare i problemi di salute
La NASA ha diversi metodi a sua disposizione per combattere queste condizioni. In primo luogo, l'esercizio nello spazio aiuta a ridurre la perdita ossea e la debolezza muscolare. L'aggiunta di esercizi di tipo "esplosivo" con movimenti improvvisi può aumentare ulteriormente i benefici dell'esercizio fisico nel contrastare i peggiori effetti della microgravità. Allo stesso modo, l'esercizio in una centrifuga può ridurre ulteriormente gli effetti a lungo termine della microgravità e contribuire a rafforzare i muscoli del cuore. Inoltre, le modifiche alla dieta degli astronauti hanno mostrato risultati promettenti nel ridurre gli effetti della microgravità su ossa e muscoli. Infine, la NASA ha iniziato a sperimentare l'uso di farmaci per combattere la perdita ossea. Nello specifico, la NASA ha iniziato a rilasciare bifosfonati di astronauti, un farmaco usato per trattare e prevenire l'osteoporosi sulla Terra. Gli scienziati sperano che la comprensione della perdita ossea della microgravità possa tradursi in un trattamento migliore per le persone sulla terra con disturbi ossei come l'osteoporosi.
