La NASA si è impegnata a inviare esseri umani su Marte entro il 2030. Si tratta di un obiettivo ambizioso se si pensa che un tipico viaggio di andata e ritorno durerà dai tre ai sei mesi e gli equipaggi dovranno rimanere sul pianeta rosso fino a due anni prima che l’allineamento planetario permetta il viaggio di ritorno a casa. Ciò significa che gli astronauti devono vivere in condizioni di gravità ridotta (micro) per circa tre anni – ben oltre l’attuale record di 438 giorni continui nello spazio detenuto dal cosmonauta russo Valery Polyakov.
Nei primi giorni dei viaggi spaziali, gli scienziati hanno lavorato duramente per capire come superare la forza di gravità in modo che un razzo potesse catapultarsi libero dall’attrazione della Terra per far atterrare gli uomini sulla Luna. Oggi, la gravità rimane in cima all’agenda della scienza, ma questa volta siamo più interessati a come la gravità ridotta influenzi la salute degli astronauti – specialmente il loro cervello. Dopo tutto, ci siamo evoluti per esistere nella gravità terrestre (1 g), non nell’assenza di peso dello spazio (0 g) o nella microgravità di Marte (0,3 g).
E quindi esattamente come fa il cervello umano ad affrontare la microgravità? Male, in poche parole – anche se le informazioni su questo sono limitate. Questo è sorprendente, dal momento che abbiamo familiarità con i volti degli astronauti che diventano rossi e gonfi durante l’assenza di peso – un fenomeno affettuosamente noto come “effetto Charlie Brown”, o “sindrome delle gambe dell’uccello dalla testa gonfia”. Questo è dovuto al fluido costituito principalmente da sangue (cellule e plasma) e liquido cerebrospinale che si sposta verso la testa, causando loro di avere facce rotonde e gonfie e gambe più sottili.
Questi spostamenti di fluido sono anche associati a cinetosi spaziale, mal di testa e nausea. Inoltre, più recentemente, sono stati collegati alla visione offuscata a causa di un accumulo di pressione quando il flusso di sangue aumenta e il cervello galleggia verso l’alto all’interno del cranio – una condizione chiamata sindrome da deficit visivo e pressione intracranica. Anche se la NASA considera questa sindrome come il principale rischio per la salute per qualsiasi missione su Marte, capire cosa la causa e – una domanda ancora più difficile – come prevenirla, rimane ancora un mistero.
E allora dove si inserisce la mia ricerca? Beh, penso che alcune parti del cervello finiscono per ricevere troppo sangue perché l’ossido nitrico – una molecola invisibile che di solito galleggia nel flusso sanguigno – si accumula nel sangue. Questo fa sì che le arterie che riforniscono di sangue il cervello si rilassino, in modo che si aprano troppo. Come risultato di questo incessante aumento del flusso sanguigno, la barriera emato-encefalica – l'”ammortizzatore” del cervello – può essere sopraffatta. Questo permette all’acqua di accumularsi lentamente (una condizione chiamata edema), causando il gonfiore del cervello e un aumento della pressione che può anche essere peggiorato a causa dei limiti nella sua capacità di drenaggio.
Pensate ad un fiume che straripa. Il risultato finale è che non arriva abbastanza ossigeno a parti del cervello abbastanza velocemente. Questo è un grosso problema che potrebbe spiegare perché si verifica la visione offuscata, così come gli effetti su altre abilità tra cui l’agilità cognitiva degli astronauti (come pensano, si concentrano, ragionano e si muovono).
Un viaggio nella ‘cometa del vomito’
Per capire se la mia idea era giusta, avevamo bisogno di testarla. Ma piuttosto che chiedere alla NASA un viaggio sulla luna, siamo sfuggiti ai vincoli della gravità terrestre simulando l’assenza di peso in uno speciale aereo soprannominato “vomit comet”.
Salendo e poi immergendosi nell’aria, questo aereo esegue fino a 30 di queste “parabole” in un solo volo per simulare la sensazione di assenza di peso. Durano solo 30 secondi e devo ammettere che è molto coinvolgente e ti viene davvero la faccia gonfia!
Con tutta l’attrezzatura ben fissata, abbiamo preso le misure di otto volontari che hanno fatto un solo volo ogni giorno per quattro giorni. Abbiamo misurato il flusso di sangue in diverse arterie che forniscono il cervello utilizzando un ultrasuono doppler portatile, che funziona facendo rimbalzare onde sonore ad alta frequenza sui globuli rossi in circolazione. Abbiamo anche misurato i livelli di ossido nitrico in campioni di sangue prelevati dalla vena dell’avambraccio, così come altre molecole invisibili che includevano radicali liberi e proteine specifiche del cervello (che riflettono i danni strutturali al cervello) che potrebbero dirci se la barriera emato-encefalica è stata forzata.
I nostri risultati iniziali hanno confermato ciò che avevamo previsto. I livelli di ossido nitrico sono aumentati dopo ripetuti attacchi di assenza di peso, e questo ha coinciso con un aumento del flusso di sangue, in particolare attraverso le arterie che riforniscono la parte posteriore del cervello. Questo ha forzato la barriera emato-encefalica aperta, anche se non ci sono state prove di danni strutturali al cervello.
Ora stiamo progettando di seguire questi studi con valutazioni più dettagliate degli spostamenti di sangue e fluidi nel cervello utilizzando tecniche di imaging come la risonanza magnetica per confermare i nostri risultati. Abbiamo anche intenzione di esplorare gli effetti che le contromisure come i pantaloni di gomma di aspirazione – che creano una pressione negativa nella metà inferiore del corpo con l’idea che possono aiutare a “succhiare” il sangue dal cervello dell’astronauta – così come i farmaci per contrastare l’aumento di ossido nitrico. Ma queste scoperte non miglioreranno solo i viaggi nello spazio – possono anche fornire informazioni preziose sul perché la “gravità” dell’esercizio è una buona medicina per il cervello e come può proteggere contro la demenza e l’ictus in età avanzata.