Astronauti nello spazio: cosa succede al tuo cervello a gravità zero, comunque?

La NASA si è impegnata a inviare esseri umani su Marte negli anni '30. Questo è un obiettivo ambizioso quando si pensa che un tipico viaggio di andata e ritorno sarà tra i tre ei sei mesi, e ci si aspetta che gli equipaggi rimangano sul pianeta rosso per un massimo di due anni prima che l'allineamento planetario consenta il ritorno a casa. Significa che gli astronauti devono vivere in una ridotta (micro) gravità per circa tre anni - ben oltre l'attuale record di 438 giorni continui nello spazio detenuti dal cosmonauta russo Valery Polyakov.

Agli albori del viaggio nello spazio, gli scienziati hanno lavorato duramente per capire come superare la forza di gravità in modo che un razzo potesse catapultare libero dalla forza della Terra per far atterrare gli umani sulla luna. Oggi, la gravità rimane ai primi posti nell'agenda della scienza, ma questa volta siamo più interessati a come la gravità ridotta influisce sulla salute degli astronauti, specialmente sul loro cervello. Dopotutto, ci siamo evoluti per esistere all'interno della gravità terrestre (1 g), non nell'assenza di gravità dello spazio (0 g) o nella microgravità di Marte (0,3 g).

Quindi, esattamente, come fa il cervello umano a far fronte alla microgravità? Scarsamente, in poche parole - sebbene le informazioni su questo siano limitate. Questo è sorprendente, dato che siamo abituati al fatto che i volti degli astronauti diventino rossi e gonfiati durante l'assenza di peso - un fenomeno chiamato affettuosamente "l'effetto Charlie Brown" o "sindrome delle zampe d'uccello". (cellule e plasma) e liquido cerebrospinale che si spostano verso la testa, causando loro facce rotonde, gonfi e gambe più sottili.

Questi cambiamenti fluidi sono anche associati a mal d'auto spaziale, mal di testa e nausea. Hanno anche, più recentemente, sono stati associati a visione offuscata a causa di un accumulo di pressione con l'aumentare del flusso sanguigno e il cervello fluttua verso l'alto all'interno del cranio - una condizione chiamata deficit visivo e sindrome da pressione intracranica. Anche se la NASA considera questa sindrome il principale rischio per la salute di qualsiasi missione su Marte, capire cosa la causa e - una domanda ancora più dura - come prevenirla rimane ancora un mistero.

Allora, dove si inserisce la mia ricerca in questo? Bene, penso che certe parti del cervello finiscano per ricevere troppo sangue perché l'ossido nitrico - una molecola invisibile che di solito galleggia nel sangue - si accumula nel sangue. Questo fa sì che le arterie che alimentano il cervello con il sangue si rilassino, così che si aprano troppo. Come risultato di questa implacabile ondata di flusso sanguigno, la barriera emato-encefalica - "shock absorber" del cervello - può essere sopraffatta. Questo permette all'acqua di accumularsi lentamente (una condizione chiamata edema), causando gonfiore al cervello e un aumento della pressione che può anche essere peggiorato a causa dei limiti nella sua capacità di drenaggio.

Pensala come un fiume che trabocca dalle sue rive. Il risultato finale è che non abbastanza ossigeno arriva a parti del cervello abbastanza velocemente. Questo è un grosso problema che potrebbe spiegare perché si verifica una visione offuscata, così come gli effetti su altre abilità compresa l'agilità cognitiva degli astronauti (come pensano, concentrano, ragionano e si muovono).

Un viaggio nella "Vomit Comet"

Per capire se la mia idea fosse giusta, dovevamo testarla. Ma piuttosto che chiedere alla NASA un viaggio sulla luna, siamo sfuggiti ai legami della gravità terrestre simulando l'assenza di peso in un aereo speciale soprannominato "cometa vomito".

Salendo e poi tuffandosi nell'aria, questo aereo esegue fino a 30 di queste "parabole" in un singolo volo per simulare la sensazione di assenza di peso. Durano solo 30 secondi, e devo ammettere che è molto avvincente, e hai davvero una faccia gonfia!

Con tutte le attrezzature fissate saldamente, abbiamo preso le misure da otto volontari che hanno effettuato un singolo volo ogni giorno per quattro giorni. Abbiamo misurato il flusso sanguigno in diverse arterie che forniscono al cervello un ecografo portatile doppler, che funziona rimbalzando onde sonore ad alta frequenza dai globuli rossi circolanti. 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 il danno strutturale al cervello) che potrebbero dirci se la barriera emato-encefalica ha stato forzato aperto.

I nostri risultati iniziali hanno confermato ciò che avevamo previsto. I livelli di ossido nitrico sono aumentati in seguito a periodi ripetuti di assenza di peso, e questo ha coinciso con un aumento del flusso sanguigno, in particolare attraverso le arterie che forniscono la parte posteriore del cervello. Ciò ha costretto la barriera emato-encefalica ad aprire, sebbene non ci fossero prove di danni strutturali al cervello.

Ora stiamo pianificando di seguire questi studi con valutazioni più dettagliate del sangue e dei cambiamenti fluidi nel cervello usando tecniche di imaging come la risonanza magnetica per confermare i nostri risultati. Esploreremo anche gli effetti di contromisure come i pantaloni di gomma di aspirazione - che creano una pressione negativa nella parte inferiore del corpo con l'idea che possano 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 preziose informazioni sul motivo per cui la "gravità" dell'esercizio è una buona medicina per il cervello e come può proteggersi da demenza e ictus in età avanzata.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Damian Bailey. Leggi l'articolo originale qui.