Perché la microgravità provoca la perdita ossea negli astronauti

La microgravità e il deterioramento della densità ossea

Fluttuare in microgravità può sembrare un’esperienza affascinante, ma per il sistema scheletrico umano rappresenta una sfida significativa. Gli astronauti che trascorrono lunghi periodi nello spazio affrontano un deterioramento della densità ossea che può avere conseguenze gravi e durature. Recenti studi condotti su topi a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) hanno rivelato informazioni cruciali per i ricercatori della NASA, che cercano di comprendere le cause di questo rischio per la salute. La perdita di densità ossea è un fenomeno complesso e ancora non completamente compreso, ma è fondamentale per garantire la salute degli astronauti durante le missioni spaziali.

Le cause della perdita ossea in microgravità

Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, le perdite ossee non sono direttamente correlate alla radiazione spaziale o alla mancanza di esposizione alla luce solare. Dopo 37 giorni in orbita, alcune aree dello scheletro dei topi hanno mostrato danni significativi, in particolare nei femori posteriori, che presentavano ampie cavità nelle zone di giunzione con l’anca e l’articolazione del ginocchio. Al contrario, la parte lombare delle loro colonne vertebrali è rimasta sorprendentemente intatta. Questo suggerisce che le ossa portanti sono quelle più vulnerabili agli effetti della microgravità, evidenziando l’importanza di ulteriori ricerche in questo campo.

Il ruolo del femore e della colonna vertebrale

I ricercatori della NASA, in collaborazione con il Blue Marble Space Institute of Science, hanno concentrato i loro sforzi sul femore, un osso cruciale per il sostegno del corpo nei roditori. Negli esseri umani, la colonna lombare è responsabile del supporto del peso della parte superiore del corpo, mentre nei roditori, che si muovono su quattro zampe, la colonna vertebrale non svolge lo stesso ruolo. Questo porta a una maggiore vulnerabilità delle ossa portanti in microgravità, suggerendo che le ossa dei mammiferi che sostengono il peso sulla Terra sono quelle maggiormente a rischio di deterioramento.

Testa femorale dei topi astronauta — Sezione trasversale della testa femorale dei topi, confrontando i roditori che hanno vissuto in orbita terrestre bassa per 37 giorni FL, rispetto a quelli in orbita per un giorno BL, topi di controllo a terra GC e topi di controllo a terra tenuti in una gabbia che limita il movimento VIV. Cahill et al.,
FL

Il concetto di “usalo o perdilo”

Il fenomeno della perdita ossea in microgravità può essere paragonato al concetto di “usalo o perdilo” presente nella neuroscienza. Se le ossa portanti non vengono “allenate” come avviene normalmente, possono iniziare a deteriorarsi. Infatti, i topi tenuti in gabbie che limitavano il loro movimento sulla Terra hanno mostrato perdite di densità ossea, sebbene in misura minore rispetto ai loro simili in microgravità. Questo suggerisce che l’attività fisica è fondamentale per mantenere la salute ossea, sia sulla Terra che nello spazio.

Midollo osseo femorale dei topi astronauta — La cavità midollare del collo femorale è ingrandita nel volo spaziale ma non cambia significativamente con l’età e le condizioni dell’habitat. Cahill et al.,
Cahill et al., PLOS ONE, 2025

Le implicazioni della radiazione spaziale

Se la perdita ossea fosse stata causata da radiazioni ionizzanti, ci si sarebbe aspettati un deterioramento delle parti dense esterne delle ossa. Tuttavia, i risultati indicano il contrario: il deterioramento avviene dall’interno verso l’esterno. Ad esempio, il collo del femore, che presenta un robusto rivestimento esterno di osso, mostra una significativa perdita di midollo osseo spugnoso interno dopo 37 giorni di esposizione alla microgravità. Questo solleva interrogativi importanti sulla natura delle radiazioni spaziali e il loro impatto sulla salute degli astronauti.

Le conseguenze a lungo termine per gli astronauti

Secondo gli autori dello studio, i topi a bordo della ISS sono stati esposti a una dose giornaliera di radiazioni relativamente bassa. Negli studi simulati, il dosaggio è di gran lunga superiore, equivalente a circa 13 anni di esposizione a bordo della ISS. Tuttavia, in meno di sei mesi in bassa orbita, gli astronauti possono subire perdite ossee paragonabili a decenni di deterioramento. In media, ogni mese, gli astronauti perdono circa l’1% o più della loro densità ossea, un tasso dieci volte superiore a quello dell’osteoporosi sulla Terra. Questo declino esponenziale aumenta notevolmente il rischio di fratture in ossa lunghe come il femore.

La crescita ossea in microgravità

A differenza degli astronauti umani, i topi coinvolti nello studio erano giovani e si trovavano nelle fasi avanzate di maturazione scheletrica. In microgravità, i loro femori mostrano segni di ossificazione prematura, con la cartilagine che si trasforma in osso prima del previsto. Questo fenomeno potrebbe limitare la crescita ossea e ostacolare lo sviluppo complessivo. I risultati di questo studio, che rappresenta il più lungo studio di volo spaziale mai condotto dalla NASA, offrono avvertimenti significativi per la salute degli astronauti durante le missioni spaziali.

Strategie per migliorare la salute ossea degli astronauti

Se l’ipotesi riguardante la densità ossea si rivelasse corretta, ciò suggerirebbe che strategie come l’adeguamento della dieta potrebbero non essere sufficienti a migliorare la salute ossea degli astronauti. Al contrario, l’uso di attrezzature come tapis roulant con imbracature che mantengono l’utente a terra o dispositivi progettati per simulare il sollevamento pesi nello spazio potrebbero rivelarsi più efficaci. I risultati di questo studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica PLOS ONE, contribuendo a una comprensione più profonda delle sfide che gli astronauti affrontano in missione e delle possibili soluzioni per garantire la loro salute.