Persone comuni in vacanza nello spazio?

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Gli esploratori mandati nello spazio, dal volo di Yuri Gagarin in poi, entrano a loro rischio e pericolo in un ambiente estremo che stiamo conoscendo ed esplorando solo da pochi decenni. Per la verità, i padri della medicina aeronautica italiana già dagli anni ’50 avevano iniziato a occuparsi di spazio, con intuizioni geniali e con la costruzione di strumentazioni che si sarebbero rivelate utilissime per lo studio di questo nuovo ambiente.

Il Generale medico Aristide Scano, ad esempio, aveva progettato e fatto costruire, presso l’allora Centro Studi di Medicina Aeronautica e Spaziale dell’Aeronautica Militare, una torre per la simulazione della microgravità e, successivamente, un’asse di subgravità per la simulazione dell’allora futuristica passeggiata lunare. Per la medicina aeronautica, che poggiava su una tradizione decennale di studi, ricerche, sperimentazioni e assistenza ai naviganti, il salto a quella spaziale fu brevissimo anche perché gli astronauti, allora come oggi, erano prevalentemente professionisti provenienti dal mondo aeronautico e, in fondo, si trattava pur sempre di garantire la sopravvivenza di un essere umano durante un volo effettuato in un nuovo ambiente.

Da subito si era visto che, dopo pochi giorni in orbita, uomini dal fisico eccezionale quali i primi astronauti manifestavano, immediatamente dopo il rientro a terra, i prodromi di uno svenimento; il prolungato soggiorno in un ambiente caratterizzato dall’assenza della gravità aveva infatti “silenziato” il riflesso che, sulla Terra, ci consente di mantenere adeguata la pressione arteriosa a livello cerebrale.

Con queste premesse nessuno era in grado di dire, allora, quali sarebbero stati gli effetti a lungo termine del volo spaziale e, solo nel corso degli anni e dopo l’invio di quasi 600 donne e uomini nello spazio, alcuni dei quali rimasti in orbita per più di un anno, possiamo affermare che l’organismo riesce ad adattarsi più o meno bene al prolungato soggiorno in ambiente spaziale, a testimonianza della straordinaria plasticità della macchina umana.


Molti astronauti vi racconteranno la loro esperienza di volo parlandovi di un mondo quasi magico dove ogni cosa, se lasciata a sé stessa, galleggia perennemente. E’ il fenomeno della microgravità che, nell’orbita bassa terrestre, cioè i circa 400 km. in cui vola la ISS, è generata dal vettore risultante dalla forza centripeta che, a quell’altezza, attrae ancora gli oggetti verso la Terra e dalla forza centrifuga che, per evitare che quegli stessi oggetti (come la stessa ISS) cadano di nuovo sulla Terra, deve essere applicata sotto forma di velocità.

Molto semplicisticamente è come appendere la ISS e gli astronauti che stanno a bordo ad un mega paracadute che è lanciato verso la Terra alla velocità di 28000 km. orari ma, proprio grazie a questa velocità e alla curvatura terrestre, è destinato a non cadervi mai.

Un breve assaggio di questo fenomeno, della durata di circa 20 secondi, è possibile riprodurre in atmosfera grazie al volo parabolico, parte integrante sia dell’addestramento degli astronauti sia dei protocolli di ricerca scientifica. Una lunga esposizione alla microgravità, tuttavia, non è senza conseguenze. Prolungate il “galleggiamento” per qualche mese senza poter camminare o stare in piedi e, una volta tornati sulla Terra, vi ritroverete nella condizione di chi, dopo un brutto incidente, si alza dal letto dopo mesi di immobilità con muscoli atrofici e l’incapacità a mantenere la stazione eretta anche solo per pochi secondi.


I problemi quindi sono di duplice natura: studiare i fenomeni di adattamento dell’organismo umano al nuovo ambiente spaziale e adottare le migliori contromisure. Per quanto riguarda gli adattamenti, non a caso si usa l’espressione paradossale di “space adaptation syndrome”, definendo con ciò una condizione in cui l’organismo si “adatta” fisiologicamente alle condizioni estreme della microgravità, ma aggiungendovi il termine “syndrome” che in realtà definisce uno stato patologico che si manifesterà, in assenza di specifiche contromisure, al ritorno alla normale gravità terrestre.

In generale, i principali apparati interessati dalla “space adaptation syndrome” sono l’apparato cardiovascolare, gli apparati osseo e muscolare e il sistema di coordinamento neuromotorio, senza contare l’impatto psicologico che la prolungata permanenza in un ambiente ostile e confinato può comportare. L’apparato cardiovascolare subisce una serie di adattamenti che seguono la ridistribuzione dei fluidi corporei in conseguenza del fatto che, in microgravità non esiste un alto e un basso.

Come nel paziente allettato, i fluidi si spostano prevalentemente verso la parte alta del corpo innescando un complesso processo adattativo che, alla fine, comporta la perdita di liquidi corporei e l’incapacità a mantenere una adeguata pressione arteriosa cerebrale con le conseguenze sintomatologiche che abbiamo già visto. Non a caso, il modello di studio più utilizzato per simulare, sulla Terra, la condizione del sistema cardiovascolare in microgravità è proprio il riposo prolungato a letto con la testa inclinata pochi gradi sotto il piano orizzontale (bed rest).

Galleggiare nello spazio e non avere più la sensazione di peso consente di spostarsi all’interno del veicolo o della Stazione grazie soltanto a brevi e semplici tocchi delle dita; questo comporta sicuramente un gran divertimento ma anche la mancanza di stimolo meccanico sull’apparato muscolare e su quello osseo.

Qui sulla Terra, il semplice fatto di camminare mantiene il tono muscolare e favorisce il continuo rimodellamento dell’osso. In assenza di stimolo meccanico i muscoli, specie quelli delle gambe non a caso chiamati antigravitari, subiscono la perdita di tono e di massa e, allo stesso modo, le ossa perdono densità subendo un processo simile all’osteoporosi che affligge sulla Terra moltissime persone.

La mancanza della stazione eretta, infine, comporta un riassestamento del complesso sistema di coordinamento motorio e neuromuscolare che, soprattutto nelle prime fasi del volo, si esprime con un tipico “mal di spazio” simile a quello che soggetti predisposti sperimentano in auto, in nave o in aereo. E che dire dell’impatto psicologico di un volo spaziale, soprattutto se di lunga durata? E’ vero che si tratta di super professionisti i quali, dopo aver superato selezioni durissime, passano anni della loro vita ad addestrarsi ad una missione di volo.

Ma, una volta a bordo, insieme alla meraviglia di osservare la Terra da una posizione privilegiata, si troveranno ad affrontare l’esperienza tipica di un ambiente confinato, caratterizzato dalla deprivazione sensoriale, dalla lontananza dai propri affetti, dalla forzata
convivenza, in spazi ancora ristretti, con persone diverse anche se accomunate dallo stesso sogno, e dalle esigenze di una vita spartana e priva di grandi comfort.


Oggi gli astronauti bevono acqua proveniente da sorgenti terrestri e si nutrono di cibo naturale anche se preconfezionato, senza dover ricorrere ai tubetti di sostanze liofilizzate e reidratate di cui si nutrivano i loro predecessori. Ma che dire della impossibilità di fare una doccia, visto che, se solo provaste ad aprire un rubinetto a bordo, l’acqua si spargerebbe in bolle galleggiando dappertutto? Dopo le ore di allenamento fisico svolto per contrastare gli effetti della microgravità, gli astronauti devono infatti lavarsi “a secco” con sostanze detergenti apposite utilizzando asciugamani umidificati.

O, ancora, il particolare impatto sul ciclo naturale luce-buio determinato dall’altissima velocità. Viaggiare a 28000 km. orari significa percorrere l’intera circonferenza terrestre in soli 90 minuti, osservando in un giorno 16 albe e 16 tramonti. Per questo la giornata dell’astronauta è scandita rigidamente da orari prefissati per mantenere il normale equilibrio degli ormoni che scandiscono il ritmo sonno-veglia. Senza contare l’esposizione a temperature estremamente basse o estremamente alte quando, durante l’attività extraveicolare, si permane fuori della Stazione per un periodo di circa 5-6 ore.


Attività questa giustamente considerata tra le più critiche anche dal punto di vista medico a causa dell’importante sforzo che il fisico dell’astronauta deve sostenere in termini di consumi energetici e metabolici. L’uscita dell’astronauta all’esterno del veicolo spaziale, pur se protetto dalla tuta, porta poi a ragionare di un ulteriore fenomeno: l’esposizione alle radiazioni. E’ un problema molto dibattuto nella comunità scientifica e potenzialmente potrebbe impedire l’esplorazione di pianeti più lontani.

Il volo nell’orbita bassa terrestre, infatti, anche se espone gli astronauti a dosi di radiazioni (cosmiche e solari) superiori rispetto a quelle che assorbe quotidianamente il normale cittadino, tuttavia è ancora effettuato all’interno del campo magnetico terrestre che, in questo caso, agisce da fattore protettivo. Per i voli su altri pianeti, il problema dell’effetto delle radiazioni si porrà in maniera molto importante perché metterà a rischio la vita stessa degli astronauti ai quali si dovrà garantire l’adozione di maggiori protezioni fisiche e tempi di volo più brevi rispetto a quelli che, per un ipotetico volo su Marte, si prevedono oggi con i vettori di cui disponiamo.


L’obiettivo della medicina spaziale è quindi supportare dal punto di vista medico, dopo adeguata selezione, le donne e gli uomini che viaggiano nello spazio e consentire loro prolungate permanenze in questo ambiente meraviglioso e difficile studiando adeguate contromisure e idonei percorsi di riabilitazione. Non potendo applicare ai veicoli spaziali, per ragioni tecniche ed economiche, la gravità artificiale ipotizzata da Stanley Kubrik in “2001: Odissea nello spazio”, la principale contromisura adottata oggi è l’esercizio fisico che gli astronauti devono effettuare quotidianamente, utilizzando appositi tapis roulant e cyclette per l’attività aerobica o speciali apparecchiature quali l’Advanced Resistive Exercise Device (aRED) che consente di mantenere il tono muscolare, la calcificazione ossea e il tono vascolare.

Grande attenzione è poi data al controllo del loro stato di salute attraverso continue verifiche con le attrezzature sempre più sofisticate presenti a bordo o mediante “conferenze” mediche e psicologiche private e al percorso di riabilitazione che segue il rientro sulla Terra.


Poiché la presenza del medico a bordo non è prevista di routine, tra i membri dell’equipaggio che oggi vola sulla ISS il nostro Luca Parmitano è stato designato come “Ufficiale Medico” e opportunamente addestrato a condurre in volo i controlli previsti, interfacciandosi con il team sanitario presente al centro di controllo missione.


Nella missione si inserisce, inoltre, l’attivita’ sperimentale di Biomedicina, finalizzata sia ad approfondire le conoscenze sui processi di adattamento psicofisico all’ambiente spaziale sia esplorare settori di interesse per la medicina in generale e in quella del volo in particolare quali, tra gli altri, protezione dalle radiazioni solari e cosmiche, sviluppo di sistemi innovativi per il monitoraggio biomedico e telemedicina, sviluppo di sistemi fisici e farmacologici come
contromisura agli effetti della microgravità, nuovi sistemi di life support per prolungare la permanenza nello spazio degli equipaggi.

La ricerca biomedica spaziale, grazie anche all’utilizzo della ISS come grande laboratorio orbitante, ha sollevato il velo sui meccanismi di molte patologie perché rimuovere o attenuare la gravità, che influenza tutti gli studi effettuati sulla Terra, può aiutare infatti a capire molti aspetti della vita che ci circonda. E’ indubbio che, anche nel campo medico, lo spazio rappresenti la prossima frontiera per lo sviluppo di tecnologie e sistemi innovativi da impiegare in seguito sulla Terra a beneficio di diverse tipologie di utenti.

Questo è il processo di trasferimento tecnologico, che ha già portato allo sviluppo di presidi medici importanti e che è particolarmente efficace nel settore aerospaziale in cui le tecnologie devono rispondere a standard molto elevati per essere affidabili e sicure. Pensate alle possibili ricadute derivanti dalla ricerca sulle cause e sulla prevenzione e terapia dell’osteoporosi, o agli studi sulla trasmissione neuro-muscolare per la riabilitazione di gravi traumatizzati. Sono moltissimi i filoni di ricerca che gli astronauti hanno il compito di eseguire a bordo e in questo l’Italia ha un ruolo primario.

Più del 50% della ISS è stato costruito in Italia e, intorno all’Agenzia Spaziale Italiana, si è formata una importante comunità scientifica supportata da una altrettanto valida realtà industriale, fatta anche da piccole e medie imprese, che punta molto sul futuro della ricerca biomedica nello spazio.

In questo scenario complesso l’Aeronautica Militare svolge un ruolo da protagonista sia perché tre degli astronauti italiani in attività, Roberto Vittori, Luca Parmitano e Samantha Cristoforetti, provengono dalle sue fila sia per essere stata finora l’unica Forza Armata ad aver qualificato, in Europa, personale medico (space flight surgeons) per il supporto assistenziale e logistico-sanitario alle missioni spaziali abitate, svolgere le procedure di selezione e certificazione e coordinare l’attività sperimentale.

In questo, il confine tra medicina aeronautica e spaziale è infatti molto sottile e le aree di interesse delle due branche sono infatti sovrapponibili. Analogamente a quanto avviene per gli aviatori, gli astronauti devono soddisfare precisi requisiti di idoneità; in questo senso il medico lavora sui profili sanitari su cui si basa la selezione e certificazione degli equipaggi e sui protocolli di visita.

Un’adeguata selezione è considerata la miglior forma di prevenzione primaria e ogni modifica degli standard adottata è frutto di metanalisi rigorose, valutazioni “evidence based” e confronto di diverse esperienze che vanno poi a beneficio di tutti i naviganti, indipendentemente dall’ambiente in cui essi volano. In questo campo l’expertise dell’Aeronautica Militare è stata più volte riconosciuta dalla stessa Agenzia Spaziale Europea attraverso l’affidamento delle procedure di selezione degli astronauti.

Le esperienze maturate con l’utilizzazione continua della ISS, la maggiore consapevolezza dei rischi dell’ambiente spaziale e l’integrazione del team medico con Bioingegneri, Psicologi e Specialisti della riabilitazione stanno portando a nuove conoscenze in termini di mantenimento della fitness fisica e psicologica degli equipaggi, risk assessment, monitoraggio delle dosi assorbite di radiazioni, efficacia dei sistemi di life support, hardware e software medico, telemedicina, sistemi di contromisure.

Considerando l’ambiente “estremo” dello spazio è indubbio che tutte le conoscenze acquisite in questo campo andranno sia a supporto delle attività di volo del prossimo futuro, quali il volo ipersonico e il volo suborbitale che, collocandosi a metà strada tra il volo atmosferico e quello spaziale odierno della Low Earth Orbit, sfrutteranno una fascia di altitudine oggi non utilizzata ma di grande interesse strategico sia a beneficio di tutti i cittadini perché la tecnologia spaziale non orbita soltanto intorno alla ISS ma orbita intorno a noi nella vita di tutti i giorni: “space research for benefits on earth”

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