Uno degli ostacoli alle lunghe missioni spaziali è la perdita muscolare di cui soffrono gli astronauti. Si chiama atrofia e la NASA afferma che gli astronauti possono perdere fino al 20% della massa muscolare durante le missioni di soli 5-11 giorni. Questa perdita muscolare colpisce quelli che vengono chiamati "muscoli anti-gravità", inclusi i muscoli del polpaccio, i quadricipiti e i muscoli della schiena e del collo.
Questa perdita muscolare rende difficile per gli astronauti portare a termine i loro compiti, specialmente quando si verificano missioni su Marte. Può anche essere molto pericoloso per gli astronauti, perché sono indeboliti quando ritornano sulla Terra. Se ci sono problemi durante il rientro e devono eseguire strenue procedure di emergenza, quel muscolo mancante potrebbe essere la differenza tra la vita e la morte.
La perdita muscolare deriva dal lavoro in un ambiente di micro gravità. In quell'ambiente, i muscoli antigravità di un astronauta non sono attivi durante la normale attività. Gli astronauti si esercitano fino a 2,5 ore al giorno sulla Stazione Spaziale Internazionale per combattere l'atrofia muscolare, andando in bicicletta stazionaria, camminando o facendo jogging su un tapis roulant e usando un RED (Resistance Exercise Device.)
La NASA ha recentemente finanziato uno studio di 70 giorni sulla perdita muscolare, per studiare come ridurre al minimo la perdita muscolare per gli astronauti. Lo studio è pubblicato su PLOS One, con un titolo troppo lungo per essere riprodotto qui. Invece di utilizzare gli astronauti reali come soggetti di prova, cosa impossibile da fare, lo studio ha utilizzato soggetti sottoposti a 70 giorni di HDBR (Head Down Bed Rest.) HDBR è considerato un buon proxy per ciò che gli astronauti subiscono in ambienti di micro-gravità.
Lo studio è stato condotto dalla University of Texas Medical Branch (UTMB) da un folto gruppo di ricercatori. Tutti i soggetti del test erano volontari maschi di età pari o superiore a 35 anni, più o meno 8 anni. C'era un gruppo di controllo che è rimasto in HDBR per 70 giorni senza esercizio o integratori, un altro gruppo che ha ricevuto placebo ed esercizio fisico e un altro gruppo che ha ricevuto iniezioni di testosterone ed esercizio fisico. Hanno preso parte 24 soggetti del test.
Durante lo studio, i ricercatori hanno eseguito biopsie di un muscolo chiamato Vastus lateralis. È la parte più grande del muscolo quadricipite nella coscia. Questi campioni di tessuto sono stati analizzati per le proteine.
Cosa hanno trovato?
I ricercatori hanno scoperto diversi cambiamenti alle proteine muscolari nel Vastus lateralis che sono stati invertiti, o almeno smussati, dall'esercizio. Tali esercizi hanno portato a un'organizzazione proteica più sana all'interno delle fibre muscolari. Il trattamento con testosterone ha guidato ulteriori cambiamenti proteici che hanno favorito la crescita muscolare superiore a quella dell'esercizio da solo.
Questo probabilmente non sembra troppo sorprendente, dal momento che molti di noi sanno cosa fa il testosterone. Ma c'è di più nello studio. Il team ha identificato bio-marcatori nei loro soggetti di prova che sono potenzialmente predittivi della perdita muscolare. Esistono anche biomarcatori predittivi che indicano una risposta robusta all'esercizio fisico e al trattamento per contrastare la perdita muscolare.
"... lo sviluppo di accurati modelli predittivi coinvolgerà probabilmente algoritmi che includono pannelli di diverse proteine e fattori."
Dallo studio "Indagine proteomica del muscolo scheletrico umano prima e dopo 70 giorni di riposo a letto con o senza esercizio fisico e contromisure di testosterone"
Come si dice nel loro studio, "La scoperta di biomarcatori proteomici sensibili potrebbe in futuro consentire approcci di medicina personalizzati aiutando nello sviluppo di contromisure più dirette basate su profili proteomici di base". Quindi, meglio conoscono l'astronauta, meglio possono prevedere e prevenire la perdita muscolare.
"Le intuizioni uniche che abbiamo acquisito sulle proteine muscolari durante il riposo a letto prolungato potrebbero un giorno essere applicate per prevedere i cambiamenti nella massa / forza muscolare in varie situazioni e quindi sviluppare un programma personalizzato di esercizi e contromisure ormonali", ha affermato l'autore senior E. Lichar Dillon , Professore assistente UTMB nel dipartimento di medicina interna.
"Lo studio ci ha dato la capacità di identificare i biomarcatori che predicono la sensibilità di ciascun individuo al declino della funzione muscolare e l'efficacia con cui diversi trattamenti per l'esercizio fisico e ormonali possono combattere l'atrofia", ha affermato l'autore senior Randall Urban, responsabile della ricerca UTMB e professore nel dipartimento di medicina interna.
Come riconoscono gli autori dello studio, questo è un approccio abbastanza semplice al problema, ma un primo passo importante. Sebbene abbiano identificato alcune proteine che fungono da biomarcatori per l'atrofia e il trattamento dei muscoli, è probabile che vi sia un gran numero di proteine che lavorano insieme.
"Come previsto, nessuna singola proteina che abbiamo identificato era completamente predittiva per ogni soggetto o funzione fisiologica misurata e lo sviluppo di modelli predittivi accurati probabilmente coinvolgerà algoritmi che includono pannelli di diverse proteine e fattori", afferma lo studio.
In avanti verso Marte
Andremo su Marte, senza dubbio. Molti titoli di questo sforzo si concentrano sulla tecnologia per portare a termine il lavoro. Potenti razzi come Space Launch System e veicoli spaziali come Orion, vengono sviluppati per portare gli astronauti su Marte e poi di nuovo a casa.
Ma gli stessi astronauti sono quelli che devono fare il lavoro. La NASA sta dedicando molte risorse per capire come possono sopportare quelle lunghe missioni. Questo studio, e altri a seguire, saranno una parte fondamentale delle missioni di successo su Marte.
Di Più:
- Comunicato stampa: i ricercatori dell'UTMB hanno imparato a combattere meglio la perdita muscolare durante i voli spaziali
- Research Paper: Indagine proteomica del muscolo scheletrico umano prima e dopo 70 giorni di riposo a letto con o senza esercizio fisico e contromisure di testosterone
- NASA: scheda informativa sull'atrofia muscolare
- NASA: il tuo corpo nello spazio: usalo o perdilo
- Agenzia spaziale canadese: cosa succede ai muscoli nello spazio?
- Sidney Morning Herald: l'astronauta Scott Kelly sugli effetti devastanti di un anno nello spazio
- Space Magazine: Quanto è forte la gravità su Marte?
