L'imaging della densità ossea con tomografia computerizzata mostra topi di terra (G) con struttura ossea spugnosa e densa altamente connessa, topi di volo (F) con meno connettività e topi di volo trattati con un inibitore della miostatina (F+D) su STS-118 che sembrano hanno una struttura ossea non influenzata dalla microgravità. Credito:Bioserve
Alla conferenza dell'American Society for Bone and Mineral Research di quest'anno, gli scienziati della NASA hanno condiviso ciò che hanno appreso da mezzo secolo di ricerche correlate sui voli spaziali su come la microgravità influisce negativamente sulla densità ossea.
Una volta raggiunti i cinquant'anni, potresti anticipare alcuni cambiamenti di salute, come l'inizio della perdita ossea. Potresti non aspettarti tali sfide nel periodo migliore, cioè a meno che tu non abbia sofferto di osteoporosi, mobilità ridotta o fossi un astronauta. Gli scienziati sanno fin dai primi giorni del volo spaziale che la microgravità influisce negativamente sulla densità ossea a un ritmo avanzato. L'esame di questa conseguenza della vita nello spazio offre ai ricercatori l'opportunità di uno studio accelerato della salute delle ossa.
La ricerca sull'osso è iniziata all'inizio dei viaggi umani nello spazio, con esperimenti sia nello spazio che a terra. Questa area di studio continua oggi a bordo della Stazione Spaziale Internazionale con indagini che si basano sui loro predecessori. I membri dell'equipaggio perderanno più o meno la stessa densità ossea in un mese di quanto perde una donna in post-menopausa nel corso di un anno. Gli scienziati possono trasformare questo aspetto negativo in positivo, utilizzando le condizioni di microgravità per compiere più ricerche in meno tempo. Le loro indagini nello spazio esaminano le cause della perdita ossea e identificano le contromisure, contribuendo allo stesso tempo allo sviluppo di trattamenti da utilizzare sulla Terra e nello spazio.
"In una missione di sei mesi, possiamo condurre ricerche sulla lotta alla perdita ossea che richiederebbero l'equivalente di uno studio longitudinale di circa cinque anni sulla Terra", ha affermato Scott M. Smith, Ph.D., manager del Laboratorio di biochimica nutrizionale presso Johnson Space Center della NASA a Houston. “Questo ci aiuta a vedere i cambiamenti nella fisiologia più velocemente che sulla Terra e in una popolazione di studio molto diversa dai tipici studi [di terra]. Questa prospettiva contribuisce alla comprensione generale e fornisce una preziosa aggiunta alla base di conoscenze generali, consentendo a tutti noi di accedere più rapidamente ai trattamenti".
In una recente pubblicazione, "Cinquant'anni di viaggi nello spazio umano:implicazioni per la ricerca su ossa e calcio", Scott e i suoi colleghi ripercorrono le lezioni apprese. Sottolinea che nel tentativo di combattere la perdita ossea in microgravità, guadagniamo terreno sul miglioramento della salute delle ossa sulla Terra. Ad esempio, la ricerca sugli animali modello che utilizza i roditori nello spazio ha già contribuito a studi clinici per prodotti farmaceutici in grado di mitigare la perdita ossea. Alcuni di questi trattamenti sono già disponibili per l'uso da parte delle persone.
La ricerca continua in orbita, come con l'indagine Pro-K, che terminerà la raccolta dei campioni con l'attuale equipaggio. L'obiettivo di Pro-K è sviluppare un modo per ottimizzare la nutrizione esaminando l'impatto della dieta sulle ossa. In particolare, i ricercatori stanno esaminando come un ridotto rapporto tra proteine animali e potassio consumato da un astronauta possa mitigare la rottura delle ossa. La domanda è se l'equipaggio mangia più frutta e verdura con meno carne, questo aiuterà a migliorare la salute dello scheletro?
I risultati potrebbero avere implicazioni per coloro che soffrono di perdita ossea sulla Terra, fornendo una possibile mitigazione attraverso il giusto equilibrio nella dieta di un individuo. "Il lavoro svolto per i viaggiatori spaziali contribuisce in modo unico alla base di conoscenze complessiva nei campi della nutrizione e della biologia ossea", ha affermato Smith.
Costruire ossa migliori non è semplice come bere il tuo latte, tuttavia, indipendentemente dal fatto che tu beva da un bicchiere o da una tazza di caffè spaziale. Sebbene la vitamina D e il calcio siano tra i componenti importanti, in realtà è una ricerca complessa per gli scienziati identificare il giusto equilibrio di contromisure, che rientrano in tre categorie:fisiche, farmacologiche e nutrizionali. Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che l'alimentazione è una parte importante di questa equazione, ma funziona in combinazione con il giusto tipo e la giusta quantità di esercizio. Questi risultati sono stati pubblicati nel Journal of Bone and Mineral Research .
"Negli ultimi anni abbiamo visto che l'alimentazione e l'esercizio fisico possono aiutare a proteggere la densità minerale ossea negli astronauti", ha affermato Smith. “Questa è la prima volta in oltre mezzo secolo di volo spaziale che lo vediamo. Non abbiamo finito, ma stiamo facendo progressi, ed è incredibilmente eccitante".
Gli scienziati sospettavano che, proprio come sulla Terra, dieta ed esercizio fisico fossero una squadra vincente per mantenere in salute le ossa umane. L'applicazione di questa conoscenza, tuttavia, non si è tradotta immediatamente nell'ambiente spaziale. I tentativi iniziali di esercitare sulla stazione spaziale Mir e i primi giorni sulla Stazione spaziale internazionale hanno mostrato scarso impatto sulla mitigazione della perdita ossea. L'equipaggio aveva bisogno di un esercizio basato sulla resistenza che fornisse abbastanza "peso" per stressare in modo produttivo ossa e muscoli. Entra nell'Advanced Resistance Exercise Device (ARED), lanciato nel 2008. L'aggiunta di ARED ha aiutato i ricercatori a dimostrare che il giusto tipo di esercizio, combinato con la nutrizione, può mantenere la densità minerale ossea.
"Quello che è stato mostrato", ha affermato Smith nella sua pubblicazione, "è che i membri dell'equipaggio che avevano accesso all'ARED sono tornati dal volo senza perdita di massa corporea, una percentuale maggiore di massa magra, una percentuale ridotta di massa grassa e il mantenimento di densità minerale ossea nella maggior parte delle regioni e nelle scansioni di tutto il corpo."
Il ruolo dei minerali e della dieta nella salute delle ossa ha avuto un focus diverso durante l'abitazione della stazione spaziale. Nel 2009, quando l'equipaggio ha condotto il recupero dell'acqua utilizzando l'urina, una necessità per l'esplorazione spaziale di lunga durata, il sistema ha dovuto essere spento a causa di problemi di pressione. Si scopre che un eccesso di minerali, in particolare solfato di calcio, ostruiva l'hardware. Lo zolfo, utilizzato nella toilette della stazione spaziale, si era combinato con i membri dell'equipaggio di calcio persi a causa della rottura accelerata delle ossa nello spazio. La conseguente elevata concentrazione di calcio nelle urine dell'astronauta ha indicato non solo la relazione tra perdita ossea e calcio, ma anche la necessità di aumentare il consumo di acqua dei membri dell'equipaggio. Allo stesso modo, l'aumento del consumo di acqua aiuta a mantenere basso il rischio di calcoli renali, un'altra preoccupazione per gli astronauti.
I ricercatori continuano a esaminare la giusta quantità di assunzione di calcio e altri fattori dietetici per la salute delle ossa, tra cui vitamina D, acidi grassi omega-3, proteine e potassio, sodio, ferro e fosforo. Il prossimo studio previsto per la stazione spaziale alla ricerca dell'equilibrio ottimale tra dieta e nutrizione per la salute delle ossa si chiama Nutrizione Integrata. Gli esperimenti saranno uno sforzo congiunto del Laboratorio dei sistemi alimentari spaziali della NASA e dei team del Laboratorio di biochimica nutrizionale di Johnson.
"Stiamo lavorando per ottimizzare l'assunzione di una serie di fattori dietetici noti per avere effetti protettivi sulle ossa nella ricerca a terra o in volo per aiutare a proteggere le ossa durante il volo spaziale di lunga durata", ha affermato Smith. "Siamo molto ottimisti riguardo alle prospettive di questo problema per le ossa e riteniamo che ciò possa avere effetti benefici anche su molti altri sistemi corporei".
Parte di questa sfaccettata preoccupazione consiste nell'esaminare la forza ossea, non solo nel suo insieme, ma in base a quali parti dell'osso si stanno costruendo durante le contromisure. I ricercatori sperano di scoprire se l'apparente prevenzione è in realtà solo l'accumulo di ulteriore osso dall'esercizio basato sulla resistenza, piuttosto che un arresto generale della perdita. L'obiettivo è andare oltre la semplice densità per capire in che modo il volo spaziale influisce sulla forza dell'osso.
"Sebbene questa modalità di rimodellamento osseo, con aumenti del riassorbimento e della formazione dell'osso, abbia mantenuto la densità minerale ossea, può produrre un osso con caratteristiche di resistenza diverse rispetto a quelle esistenti prima del volo", ha continuato Scott. "Gli studi per valutare la forza delle ossa dopo il volo sono in corso presso la NASA per comprendere meglio questo fenomeno."
E nel caso ve lo stiate chiedendo, sulla base del precedente confronto con la perdita ossea di una donna in post-menopausa, i ricercatori stanno esaminando anche il genere. Nel corso degli studi sull'orbita, i ricercatori hanno trovato somiglianze tra i sessi per quanto riguarda l'elaborazione della degradazione minerale ossea.
"Nel luglio di quest'anno, abbiamo pubblicato dati che mostrano che la risposta di uomini e donne al volo spaziale, e alla dieta e all'esercizio fisico, non era diversa per quanto riguarda il rischio di calcoli ossei e renali", ha affermato Smith. “Il numero di astronauti volati è ancora relativamente piccolo... ma in continua crescita. La stazione spaziale ha fornito un'ottima piattaforma e ci ha già regalato molti anni di voli di lunga durata. Stiamo iniziando a vedere differenze nella risposta man mano che le contromisure si evolvono e differenze tra i sottogruppi di astronauti".
Pubblicazioni :
- Smith SM., et al., "Uomini e donne nello spazio:perdita ossea e rischio di calcoli renali dopo un volo spaziale di lunga durata", Journal of Bone and Mineral Research, 2014 Jul;29(7):1639-45. doi:10.1002/jbmr.2185.
- Scott M Smith, et al., "Vantaggi per l'osso dall'esercizio di resistenza e dalla nutrizione nel volo spaziale di lunga durata:prove dalla biochimica e dalla densitometria", Journal of Bone and Mineral Research, Volume 27, Issue 9, pagine 1896–1906 , 2012; DOI:10.1002/jbmr.1647
