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La microgravità indebolisce sia le ossa che i muscoli. Gli effetti sono interconnessi, poiché l'indebolimento del muscolo accelera l'indebolimento dell'osso. Questo può lasciare gli astronauti con perdita muscolare e ossea a lungo termine. Comprendere - e si spera di combattere - gli effetti della microgravità sulle ossa e sui muscoli degli astronauti rappresenta una sfida fondamentale per i viaggi nello spazio.
Forza muscolare
La microgravità indebolisce i muscoli in diversi modi, che sono stati esplorati in uno studio del 2003 dell'Università di Udine in Italia. Dopo circa 240 giorni nello spazio, la forza totale degli astronauti scende a circa il 70 percento della loro forza iniziale. I muscoli umani hanno due tipi di fibre muscolari, che sono influenzate in modo leggermente diverso, sebbene entrambi si indeboliscano. Le fibre a contrazione lenta si indeboliscono all'incirca allo stesso ritmo della resistenza totale. Tuttavia, le fibre muscolari a contrazione rapida si atrofizzano ancora più rapidamente e dopo circa sei mesi hanno circa il 45 percento della loro forza iniziale. Questo lascia i muscoli degli astronauti fortemente indeboliti. Curiosamente, la perdita muscolare sembra verificarsi più radicalmente nella parte superiore del corpo, mentre la perdita ossea tende a causare gli effetti più gravi nella parte inferiore del corpo.
Perdita di massa ossea
La microgravità provoca l'osteopenia, la perdita di densità ossea, una condizione correlata all'osteoporosi. Infatti, in accordo con il Dr. Jay Shapiro, il team leader per gli studi sulle ossa presso il National Space Biomedical Research Institute, "l'entità di questo (problema) ha portato la NASA a considerare la perdita ossea un rischio intrinseco di voli spaziali estesi". Un componente importante di questo problema deriva dall'attività a livello cellulare. In condizioni normali, una serie di cellule chiamate osteoclasti spezza l'osso mentre un altro tipo di cellula ossea, gli osteoblasti, creano contemporaneamente nuovo osso. Tuttavia, gli osteoblasti rispondono allo stress, accumulando osso dove il corpo lo spinge. Nello spazio, le ossa avvertono pochissimo stress, poiché la gravità non attira le ossa e i muscoli indeboliti esercitano meno stress sulle ossa. Questo fa sì che il processo di abbattimento dell'osso vecchio e della costruzione di nuovo osso cada dalla sincronizzazione, con conseguente indebolimento delle ossa. Ma anche altri fattori sembrano contribuire al problema. Ad esempio, il corpo tende a produrre fibre di collagene deforme nella microgravità, il che contribuisce a ridurre la salute delle ossa.
Sintomi di microgravità
A livello clinico, questi cambiamenti alle ossa e ai muscoli causano molti problemi agli astronauti. La perdita ossea è più pronunciata nella metà inferiore del corpo, dove gli astronauti possono perdere dall'1 al 2 percento della loro massa ossea al mese, sebbene sembri stabilizzarsi intorno al 20 percento nella perdita ossea nei voli spaziali più lunghi. L'indebolimento di ossa e muscoli assomiglia in definitiva agli effetti di periodi prolungati di riposo a letto. Gli astronauti hanno bisogno di tempo per riadattare i loro muscoli alla gravità terrestre. Inoltre, il calcio si accumula nel sangue quando le ossa perdono massa. Questo favorisce 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 il beneficio dell'esercizio nel prevenire gli effetti peggiori della microgravità. Allo stesso modo, l'esercizio in una centrifuga può ridurre ulteriormente gli effetti a lungo termine della microgravità e aiutare a rafforzare i muscoli del cuore. Inoltre, i cambiamenti nella 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. In particolare, la NASA ha iniziato a emettere astronauti bisfosfonati, un farmaco usato per trattare e prevenire l'osteoporosi sulla Terra. Gli scienziati sperano che la comprensione della perdita ossea di microgravità possa tradursi in un trattamento migliore per le persone sulla terra con disturbi ossei come l'osteoporosi.