I viaggi nello spazio: gli effetti negativi di un popolare sogno nel cassetto

Nell’immaginario collettivo è una delle esperienze più emozionanti che si possano fare e che sin da bambini molti sperano di poter vivere: da diversi decenni, viaggiare nello spazio non è più solo un sogno. I resoconti di chi ha davvero orbitato attorno alla Terra hanno restituito, però, a chiare lettere quali sono i rischi che si affrontano sulla propria pelle viaggiando tra le stelle.

1. I primi viaggi nello spazio: una nuova frontiera

2. Twin Study della Nasa

3. Cosa ne sarà nei prossimi viaggi?

4. Sitografia

1. I primi viaggi nello spazio: oltre la frontiera

La conquista vista come strumento con cui affermare la propria superiorità è un concetto che serpeggia indiscusso nelle pagine della Storia, fungendo da cartina al tornasole per comprendere le dinamiche da sempre esistite tra culture e popolazioni diverse.

Superare una frontiera per conoscere cosa c’è al di là di quella, controllare l’ignoto e piegarlo al proprio desiderio, sono passaggi fondamentali della gara alla supremazia attraverso cui imporsi sugli altri.

Niente più terre e mari: arrivò un momento nella storia in cui la frontiera ideale (individuata dalle potenze mondiali nella loro gara alla supremazia) si spostò. Si spostò nel campo della scienza e, di conseguenza, volse poi lo sguardo verso l’alto, verso il cielo e le stelle - i veri spazi che non erano stati ancora esplorati, se non nell'arte.

In piena Guerra Fredda, lo scontro tra Unione Sovietica e Stati Uniti d’America iniziò quindi a essere scosso dal superamento di questi nuovi limiti. Cominciarono gli studi e gli esperimenti per permettere all’uomo di sfondare il muro invisibile dell’atmosfera, sfidare la gravità e orbitare attorno alla Terra.

I moscerini della frutta furono i primi esseri viventi spediti nello spazio nel 1946 dagli americani, mentre nel 1957 la cagnolina Laika fu il primo essere vivente a orbitare attorno alla Terra su un razzo sovietico non programmato per rientrare alla base. Da allora, esperimento dopo esperimento, le due superpotenze mandarono in orbita cani, scimpanzé africani e tartarughe. Tutto venne fatto in preparazione del lancio in orbita del primo essere umano.

Nell’ambito del programma sovietico, nel 1961 il cosmonauta Jurij Gagarin fu il primo essere umano a volare nello spazio esterno, mentre nel 1963 a Valentina Vladimirovna Tereškova andò il record per essere stata la prima donna a farlo. Per il primo uomo ad atterrare sulla Luna si dovette attendere la missione Apollo 11, che portò Neil Armstrong e Buzz Aldrin sul satellite terrestre il 20 luglio del 1969 alle 20:17:40 UTC.

2. Twin Study della Nasa

Fino al 2019, sono 559 gli esseri umani ad aver viaggiato nello spazio, ma i viaggi considerati di lunga durata (ossia superiori a 300 giorni) sono stati soltanto 8. Gli effetti riscontrati a livello psico-fisico su tutti i viaggiatori hanno rivelato quanto sia necessario studiare in modo più dettagliato le minacce della lunga permanenza nello spazio sul nostro organismo.

Rispondere alla domanda “quali sono gli effetti dei viaggi spaziali sul corpo umano?”, come stanno facendo da anni le scienze biologiche, è una delle più grandi sfide della ricerca contemporanea. 

Per rispondere in modo efficace all’interrogativo sarebbe utile disporre di una condizione perfetta di “controllo positivo”, ovvero bisognerebbe avere due oggetti identici: di questi, uno deve poter essere rimasto inalterato in condizioni ambientali ben note, fungendo così da metro di paragone per il secondo oggetto, identico al primo, sottoposto invece ad alterazioni in condizioni ambientali del tutto nuove e da esplorare. 

La Nasa è riuscita a sfruttare un caso di controllo positivo davvero unico: disponendo di Scott e Mark Kelly, gemelli monozigoti, entrambi astronauti, ha potuto svolgere tutte le misurazioni necessarie per rispondere all’interrogativo, basandosi proprio su questa metodologia di analisi. Tra il 2015 e il 2016, Scott ha trascorso 340 giorni nella Stazione Spaziale Internazionale (ISS), che orbita attorno alla Terra alla velocità di quasi 28.000km/h (per intenderci, un valore di 30 volte superiore alla velocità sostenuta da un aereo di linea). Mark, al contrario, è rimasto sulla Terra, fungendo così da metro di paragone per verificare le variazioni fisiologiche, biologiche, cognitive e comportamentali del fratello.

Al rientro di Scott, le analisi sono durate circa sei mesi e i dati ricavati sono stati raccolti e pubblicati in un lungo articolo nell’ambito del progetto Twin Study.

Lo studio ha preso in esame le variazioni e le analisi a livello di:

- Massa corporea e alimentazione;

- Lunghezza dei telomeri (ossia la parte terminale del cromosoma composta da DNA e che lo protegge dal deterioramento o dalla fusione con cromosomi vicini);

- Mantenimento della stabilità del corredo cromosomico;

- Salute cardiovascolare;

- Adattamenti strutturali dell’occhio;

- Cambiamenti trascrizionali e metabolici;

- Modifiche epigenetiche;

- Alterazione nel livello dei lipidi;

- Cambiamenti nel microbioma;

- Funzioni cognitive.

Scott ha confermato quello che altri prima e dopo di lui hanno raccontato di aver vissuto.

Una delle prime sensazioni con cui si deve familiarizzare sin da subito nel viaggio nello spazio è l’assenza di gravità. Entrando nell’orbita terrestre, il corpo e il cervello del viaggiatore hanno bisogno di qualche giorno per adattarsi del tutto alle nuove condizioni ambientali. Ne deriva quella che è comunemente nota come Sindrome da Adattamento allo Spazio (Sas) e che colpisce molti astronauti. Tra le conseguenze più spiacevoli della Sas c’è la nausea spaziale, simile al mal di mare. 

Levitare in assenza di gravità è tutt’altro che un piacere e, anche qualora si superasse la Sas più o meno indenni, vivere in queste condizioni ha delle ricadute evidenti sul corpo almeno sotto tre aspetti: alterazione della distribuzione dei liquidi nel corpo; perdita di propriocezione; deterioramento del sistema muscolo-scheletrico.

In assenza di gravità, la circolazione sanguigna e la distribuzione dei liquidi corporei vengono seriamente compromesse. Normalmente, il sangue e i liquidi corporei con la gravità scenderebbero lungo le gambe, mentre nello spazio tendono a salire verso l’alto, verso il petto e la faccia, motivo per cui nei collegamenti con le stazioni aerospaziali e nelle foto inviate dall’equipaggio, il team appare con la faccia gonfia e arrossata. I sensori della pressione sanguigna localizzati nel collo, percependo questo aumento del volume del sangue nelle vene, attivano come controrisposta l’eliminazione di tutti quei liquidi percepiti dal corpo come “in eccesso”, stimolando la diuresi. La ridotta gravità, però, riduce al contempo l’invio degli stimoli a livello delle pareti vescicali, costringendo molti astronauti all’uso del catetere per urinare.

L’accumulo dei liquidi ha degli effetti non da poco anche sulla vista. Durante il volo, gli occhi degli astronauti sono sottoposti alla pressione dei liquidi, ma anche alle radiazioni violente e all’ipotermia, portando allo stress ossidativo dei bulbi oculari, cioè a un invecchiamento più rapido dell’occhio.

A essere fortemente intaccati sono anche il sistema nervoso centrale e l’apparato vestibolare (responsabile dell’equilibrio), oltre che il cuore. Quest’ultimo, non essendo sottoposto allo sforzo di dover pompare il sangue nelle vene alla solita frequenza, tende ad assumere una forma sferica e più ridotta (com’è risultato dalle analisi con apparecchiature a ultrasuoni) e col tempo va incontro a una capacità aerobica ridotta.

Proprio perché la microgravità alleggerisce gli sforzi fisici della normale locomozione o di qualunque altro movimento, ossa e muscoli dei viaggiatori si indeboliscono. 

La densità delle ossa, infatti, diminuisce dell’1% al mese, un dato allarmante, se si considera che, normalmente, sulla Terra, in uomini e donne anziani la diminuzione è compresa tra l’1,1% e l’1,5% all’anno. Le ossa sono sempre vive ma le loro cellule proliferano e producono matrice ossea solo se sono sollecitate da stimoli diversi, quali la gravità. Nello spazio, invece, a causa dell’assenza di questa, il calcio, anziché depositarsi sulle ossa, viene eliminato attraverso l’urina. Di conseguenza, le ossa si assottigliano (osteoporosi, ndr) e aumentano esponenzialmente le probabilità di sviluppare calcoli renali a causa della disidratazione. Nel 2016 quando l’astronauta Scott tornò sulla Terra, visse anche un altro effetto sorpresa: notò di essere diventato più alto di ben 5 cm. Senza la pressione della gravità sulla spina dorsale, questa tende a distendersi e quindi allontanare le vertebre, con effetti insoliti sulla statura.

L’inattività riguarda anche i muscoli, che tendono a perdere massa. Per questo gli astronauti sono obbligati a seguire ogni giorno uno speciale programma di allenamento. Come ha spiegato di recente anche Andrea Porzionato, docente di anatomia umana e Direttore del corso di perfezionamento in medicina aeronautica e spaziale dell’Università degli Studi di Padova, per prevenire la perdita di massa muscolare e il deterioramento osseo, durante il viaggio nello spazio, gli astronauti devono devono assumere più vitamina D e calcio del normale, e seguire dei programmi specifici di esercizio fisico, per mantenersi debitamente in forma.

Un problema molto più difficile da gestire è quello relativo all’esposizione alle radiazioni ionizzanti, che alterano i tessuti del nostro corpo a causa della loro alta energia. Questo le rende potenzialmente cancerogene. Le preoccupazioni sono fondate: nella ISS, ad esempio, un astronauta è esposto a una dose di radiazioni dieci volte maggiore rispetto a quelle che lo investono sulla Terra, dove può contare sull’azione difensiva del campo magnetico e dell’atmosfera del nostro pianeta. La Nasa, infatti, è tenuta per legge a proteggere i suoi equipaggi da eventi come le tempeste solari, proprio per prevenire la nascita di tumori nel team. A tal proposito, in passato ha svolto anche diverse ricerche stimando che, per tenere al di sotto del 3% il rischio di formazione di tumori, un uomo dovrebbe passare al massimo 268 giorni nello spazio, mentre una donna al massimo 159. Tuttavia, gli astronauti che sono stati nello spazio hanno vissuto delle condizioni di viaggio estremamente diverse quindi è davvero difficile stimare il potenziale cancerogeno effettivo di queste radiazioni, basandosi su un campione così esiguo ed eterogeneo.

Qualora il fortunato astronauta non riscontrasse problemi all’apparato osseo, a quello muscolare, al cuore e alla vista, ci sarebbero comunque i microbi spaziali a minare la sua salute. Un test eseguito sulla stazione spaziale russa Mir, infatti, ha scoperto la presenza di ben 234 specie di batteri e funghi microscopici che vivevano a bordo con gli astronauti.

Per questo, le analisi di laboratorio condotte finora hanno riguardato anche la verifica delle modifiche a livello di microbioma, ovvero dei batteri dell’organismo umano che sono responsabili di diverse funzioni a seconda dell’area in cui si trovano, come nel caso di quelli che vivono sulla pelle o quelli che si occupano della digestione. Studiare l’eventuale alterazione del microbioma è importante perché già da tempo è stata comprovata la stretta relazione tra l’integrità del microbioma e quella del sistema immunitario dell’uomo, specialmente riguardo la comparsa di eventuali malattie metaboliche. Inoltre, dato che ad alterare il microbioma intervengono il regime alimentare personale e l’ambiente circostante, era logico pensare che un viaggio nello spazio potesse portare a dei cambiamenti significativi nella sua composizione.

Dopo il viaggio nello spazio, anche nel microbioma di Scott si è evidenziato un incremento di batteri associati di solito a diete ricche di grassi e a condizioni di sovrappeso. Il livello dei batteri si è ripristinato una volta che Scott ha fatto ritorno sulla Terra, tornando quindi al suo regime alimentare abituale. Anche il personale della ISS in servizio tra il 1995 e il 1998 ha segnalato un alto numero di infezioni microbiche, come congiuntiviti, difficoltà respiratorie acute e infezioni dentali. Questi risultati saranno utili per elaborare delle diete migliori per gli astronauti durante il loro periodo di viaggio nello spazio. Gli esperti sperano che gli antiossidanti che si assumono con il cibo e gli integratori alimentari possano contrastare questi danneggiamenti del microbioma.

I pericoli e i danni fisici non sono gli unici che interessano il viaggiatore nello spazio. Gli psicologi hanno provato, infatti, che durante il viaggio gli astronauti riscontrano affaticamento e letargia, e sviluppano diverse fobie riguardo la propria incolumità fisica, tra cui la paura di avere l’appendicite, dolori ai denti dovuti a condizionamenti psicologici piuttosto che a reali danneggiamenti degli stessi, e paura di diventare impotenti. Inoltre, senza un ciclo del sonno di 24 ore, il ciclo circadiano dell’astronauta rischia di andare in tilt, portando a stress e a frequenti disturbi del sonno.  

3. Cosa ne sarà nei prossimi viaggi?

Altri viaggi di lunga durata sono stati pianificati tra il 2020 e il 2030 per permettere all’uomo di arrivare su Marte e spingersi anche oltre. 

Nessuna delle problematiche legate alle lunghe permanenze nello spazio può essere quindi trascurata. Vanno considerate tutte le analisi condotte sui macro aspetti della vita in un ambiente ostile, tra cui il confinamento, l’isolamento, la microgravità, le radiazioni e i batteri spaziali, i cui pericoli possono influenzarsi a vicenda, finendo per esasperare al massimo i loro effetti negativi sul corpo umano. 

Tempi di esposizione alle radiazione e tempi di percorrenza più lunghi comporterebbero ad aggravare esponenzialmente tutti gli effetti negativi menzionati precedentemente. Garrett Reisman, ex astronauta della Nasa, ha vissuto sulla Stazione Spaziale Internazionale per 107 giorni, provando tutti questi problemi sulla sua pelle e sulla psiche. Nelle sue dichiarazioni post-viaggio ha ribadito in più occasioni che uno dei temi da affrontare con urgenza è quello delle radiazioni: non conosciamo precisamente gli effetti degli ioni pesanti e dei raggi gamma sui tessuti degli esseri umani e manca davvero molto poco prima del prossimo lancio nello spazio alla volta del pianeta rosso. 

La ricerca scientifica riuscirà a trovare una risposta e una soluzione solida per non esporre a ulteriori rischi i prossimi viaggiatori dello spazio? O dovremo arrenderci all’idea che quello che per molti è un sogno nel cassetto (o un vero e proprio Sogno Americano) termini ancor prima di iniziare? 

4. Sitografia

Viaggiare nello spazio: le conseguenze sul corpo umano, ilbolive.unipd.it (data di ultima consultazione 28/08/21)

Three Key Findings from NASA's Twins Study, Youtube (data di ultima consultazione 28/08/21)

Microbioma, science4live.it (data di ultima consultazione 28/08/21)

Quali sono le reazioni del corpo umano a un lungo volo spaziale?, lofficina.eu (data di ultima consultazione 28/08/21)

I rischi degli astronauti nello spazio, Media.Inaf.it (data di ultima consultazione 28/08/21)

Il cuore tondo degli astronauti, Media.Inaf.it (data di ultima consultazione 28/08/21)

Dallo spazio non si gode della vista migliore, Media.inaf.it (data di ultima consultazione 28/08/21)

Uomo, spazio e salute: istruzioni per l'uso, Youtube (data di ultima consultazione 28/08/21)

Tutti gli effetti della vita nello spazio sul corpo umano, Business Insider Italia (data di ultima consultazione 28/08/21)

Foto 1 da OggiScienza (data di ultima consultazione 28/08/21)

Foto 2 da Studio Medico San Francesco (data di ultima consultazione 28/08/21)

Foto 3 da Ansa (data di ultima consultazione 28/08/21)