Allenamento fisico nell'astronauta
Pubblicato il 15/05/2011
(ultima modifica: 27/11/2014)L'allenamento fisico dell'astronauta avviene in tutte e tre le fasi della missione:
- preparazione
- durante
- a missione conclusa

L'accelerazione o decelarazione (ovvero una variazione di velocità nel tempo) "grava" sull'intero organismo (scheletro, visceri e liquidi organici) comportando dei disturbi, talvolta anche gravi.
Nel caso di uno shuttle (ormai andato in pensione), la spinta generava un valore di 3g per 5 minuti, sostenibile da molti astronauti anche in condizioni atletiche discrete, mentre si registrava un valore di circa 1,5g al rientro.
Ma qualcosa può sempre andare storto, e nel caso di alcuni razzi vettori si sono verificati rientri con picchi di accelerazione fino a 15 o addirittura 21g (missione Soyuz 18A).
Presso il NASA Ames Research Center si effettuano test e allenamenti sulla resistenza all'accelerazione con la centrifuga 20G: ma fino a che punto l'uomo può tollerare le accelerazioni?

La tolleranza dipende da alcuni fattori:
- la grandezza di g
- la durata di tempo in cui è applicata
- la direzione in cui agisce
- il luogo di applicazione
- la posizione del corpo

Il corpo umano è flessibile e deformabile e un'accelerazione costante di 16g prolungata per circa minuto può risultare mortale.
Altro fattore danneggiante è costituito dalle possibili vibrazioni avvertite, anche a relativamente bassi valori di g, che se raggiungono la frequenza di risonanza di tessuti connettivi e organi possono provocare seri danni.
La tolleranza a g come precedentemente accennato può essere allenabile a vari livelli anche se ci sono variazioni non indifferenti tra le capacità innate individuali di una persona: inoltre alcune malattie (in particolare quelle cardiovascolari) diminuiscono questa tolleranza.

Forza g sull'asse verticale:
Una forza g positiva, sposta i fluidi dall'alto al basso (dalla testa ai piedi) viene comunemente sopportata intorno ai 5g (49 m/s²) dalla maggior parte delle persone prima di perdere conoscenza. Con l'ausilio di particolari tute anti-g e lo sforzo di tensioni muscolari, volte a forzare il sangue verso il cervello, i piloti moderni possono sostenere circa 9g (88 m/s²).
Allenandosi con una centrifuga si possono verificare i seguenti sintomi all'aumentare di g:
- Grey-Out (visione grigia)
- Tunnel Vision (progressiva perdita della visione perifirica)
- Black-Out (perdita della vista causata dalla mancanza di sangue nella testa)
- G-Lock (perdita di coscienza causata dall'eccessiva accelerazione)
- Morte

Una forza g negativa (cioè che porta il sangue verso la testa) è invece più difficilmente sopportabile: il limite è stimato intorno ai -2 o -3g.
I danni possono essere gravissimi: una pressione eccessiva può rompere i capillari nel cervello o negli occhi causandone una visione rossa.

Forza g sull'asse orizzontale:
Se la forza si sviluppa perpendicolarmente alla spina dorsale (colonna vertebrale) l'uomo è in grado di sopportare alti valori di g.
In senso petto-schiena (eyeballs in) è maggiore che nel senso schiena-petto (eyeballs out) per una questione di maggiore sensibilità dei vasi sanguigni nella retina in quest'ultima.
Recenti esperimenti hanno dimostrato una sopportazione di 17g eyeballs-in e 12g eyeballs-out per diversi minuti senza perdita di coscienza o apparenti danni a lungo termine.


Come afferma Scott Trappe, direttore del "Ball State University’s Human Performance Laboratory": "sulla Terra è ipertrofia, quanto posso aumentare i miei muscoli? Nello spazio diventa "come posso mantenere quello che ho?"

Da uno studio sulla permanenza prolungata di 6 mesi nello spazio a microgravità è stato riscontrato sul tricipite surale una diminuzione del 15% di volume e una diminuzione del 25% di forza (6 mesi rappresentano anche la durata minima per poter raggiungere Marte).

L'esercizio fisico serve a prevenire l'ipotrofia dell'apparato locomotore muscolo-scheletrico, ovvero la regressione dei tessuti interessati dovuta alla diminuzione di volume dei loro elementi costitutivi.
I workout degli astronauti sono basati sull'utilizzo di alcuni dispositivi messi a punto per operare in "assenza di gravità":
- treadmill (tapis roulant) per allenamento aerobico
- cicloergometro (cyclette) per allenamento aerobico
- Chibis Suit: tuta con funzionamento opposto a quello di una tuta Anti-G: invece di spingere il sangue e fluidi dal retro busto verso le gambe e la testa, la tuta Chibis spinge i liquidi giù per le gambe. E' utile a contrastare la tendenza dei fluidi ad accumularsi nell parte superiore del corpo e nel capo in assenza di peso.
- LBNP (Lower Body Negative Pressure): macchinario composto da una camera pressurizzata (a pressione negativa) per la parte inferiore del corpo, dalla vita in giù, contenente un treadmill. Pare che il suo utilizzo migliori le funzioni cardiovascolari, ripristini la pressione sanguigna generale e in particolare quella degli arti inferiori, riduca la perdita muscolare e l'osteoporosi da microgravità. La macchina è in grado di generare un effettivo peso del corpo compreso tra il 100% e il 120% di quello che si percepirebbe sulla Terra.
- iRED (Interim Resistance Exercise Device): macchinario per l'allenamento della forza. Raggiunge una resistenza massima di 300 pound (136kg) equivalenti a 150pound se fosse adoperato sulla Terra.
- aRED (Advanced Resistive Exercise Device): macchinario All-In-One per l'esecuzione di esercizi di forza di pesistica classica. Raggiunge una resistenza massima di 600 pound (272kg), che equivarrebbero a 300 pound sulla Terra.

L'affidabilità dei macchinari è imperativo che sia massima: problemi di qualsiasi tipo che possono culminare col ferimento di un astronauta possono comportare il termine di una missione (i costi sono nell'ordine di milioni di dollari).


A missione conclusa invece si procederà al recupero della massa muscolare persa durante la permanenza prolungata in una situazione di microgravità:
- utilizzo di macchine isocinetiche (per un rapido recupero funzionale, la velocità angolare di spostamento rimane costante a prescindere dalla forza applicata verso una resistenza variabile)
- utilizzo di macchine isotoniche (le classiche macchine che si trovano in palestra, in cui la velocità di spostamento è direttamente proporzionale alla tensione muscolare usata contro una resistenza costante)

Autore:
Nicola Turco

Fonte/Bibliografia:
- Nasa.gov
- www.astronautica.us