La salute muscolare degli astronauti è uno dei fattori più critici per le missioni di lunga durata. Gli esseri umani si sono, infatti, evoluti sotto l’azione costante della gravità terrestre: ogni passo, ogni movimento, anche il più piccolo, contrasta una forza che modella continuamente i nostri muscoli. In assenza di questo stimolo, come avviene nello spazio, i muscoli iniziano rapidamente ad atrofizzarsi a causa di cambiamenti nelle fibre muscolari, nel metabolismo e persino nell’espressione genica.
Tuttavia, nonostante decenni di ricerche, la soglia di gravità necessaria per mantenere una salute muscolare adeguata nello spazio non era ancora stata definita con precisione. Uno studio condotto sulla Stazione Spaziale Internazionale (Iss) e pubblicato su Science Advances colma questa lacuna, identificando le soglie gravitazionali che permettono di preservare la funzionalità muscolare durante il volo spaziale.
Utilizzando un habitat centrifugato chiamato Mars – Multiple Artificial-gravity Research System, il team di scienziati ha esposto 24 topi a diversi livelli di gravità – microgravità, un terzo della gravità terrestre (0,33 g), a due terzi (0,67 g) e alla gravità terrestre simulata sulla Iss (1 g)– confrontando i risultati con un gruppo di controllo a Terra e misurandone massa muscolare, forza di presa, istologia, espressione genica e stato metabolico. Sebbene l’anatomia dei topi differisca da quella umana, questi modelli sperimentali rappresentano una base essenziale per comprendere i cambiamenti biologici che avvengono nello spazio e per sviluppare strategie di mitigazione, soprattutto in vista delle future missioni di esplorazione di lunga durata con equipaggio.
I risultati sono chiari nell’indicare la “dose” minima di gravità sufficiente a evitare la degenerazione muscolare: la forza di presa degli arti anteriori ha mostrato, infatti, un calo significativo nei gruppi esposti alla microgravità a 0,33 g, mentre non sono state osservate variazioni nei gruppi mantenuti a 0,67 g, 1 g o nel gruppo di controllo a Terra. Questo indica che due terzi della gravità terrestre rappresentano una soglia efficace per preservare la funzionalità muscolare durante il volo spaziale.
Anche il muscolo soleo, uno dei più sensibili alle variazioni gravitazionali, conferma questa tendenza: nei topi esposti a 0,67 g non sono state rilevate differenze significative rispetto agli animali mantenuti a gravità terrestre, segno che questo livello di carico è sufficiente a prevenire l’atrofia. L’esposizione a 0,33 g – un valore molto vicino alla gravità marziana di 0,38g – offre comunque una protezione, anche se solo parziale, nei confronti della degenerazione muscolare.
Oltre ai dati fisiologici, i ricercatori hanno identificato undici metaboliti plasmatici che variano in modo sistematico con la gravità. Tra questi, creatina, lattato e glicerolo aumentano in condizioni di bassa gravità, mentre glicina e betaina diminuiscono. Ipotizzando che gli esseri umani abbiano risposte simili ai topi oggetto della ricerca, sarà necessario sviluppare sistemi per mitigare i rischi di atrofia nelle missioni di lunga durata sulla Luna e su Marte, tramite gravità artificiale ed esercizio fisico. Ricadute positive sulla salute umana possono derivare anche dalla ricerca sulla definizione dei parametri gravitazionali minimi contro l’atrofia muscolare in microgravità, nonostante alcune limitazioni, quali la mancanza di informazioni sugli effetti a lungo termine e le piccole dimensioni del campione utilizzato. I biomarcatori individuati nello studio, dopo studi di validazione sull’uomo, potrebbero consentire un monitoraggio non invasivo non solo della salute muscolare degli astronauti ma anche nei pazienti affetti da malattie muscolari sulla Terra, confermando l’utilità della ricerca spaziale anche per il benessere e il miglioramento della vita sul nostro pianeta.
La ricerca sulle soglie di gravità necessarie a proteggere i muscoli degli astronauti si inserisce in un contesto più ampio, in cui anche l’Italia sta giocando un ruolo di primo piano. L’Agenzia Spaziale Italiana ha avviato lo scorso anno due nuovi esperimenti sviluppati da atenei italiani e destinati alla Stazione Spaziale Internazionale, che hanno avuto l’obiettivo di comprendere come l’ambiente spaziale influenzi i processi fisiologici fondamentali, al fine di sviluppare soluzioni affidabili per tutelare la salute degli equipaggi, progettare habitat sicuri e garantire missioni sostenibili e pienamente operative: Iris, sviluppato dall’Infn TTLab e dall’Università di Bologna, ha utilizzato sensori ultrasottili e flessibili per monitorare in tempo reale la dose di radiazioni ionizzanti assorbita dagli astronauti, contribuendo a migliorare la sicurezza durante le attività quotidiane in orbita. Drain Brain 2.0, realizzato dall’Università di Ferrara, ha impiegato un pletismografo non invasivo a forma di collarino per misurare il flusso sanguigno nei principali vasi del collo, permettendo di studiare l’adattamento cardiovascolare in microgravità e offrendo potenziali ricadute anche per la telemedicina terrestre. Le attività sperimentali di Iris e Drain Brain 2.0, svolte sulla Iss da quattro astronauti appartenenti a Crew-10 e Crew-11, si sono da poco concluse con successo.
Immagine in alto: Visione di una futura base lunare. Crediti: Esa/RegoLight, visualisation: Liquifer Systems Group, 2018.
Immagine in basso: Astronauta Credit: Unsplash/CC0 Public Domain