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I fattori principali che interagiscono sulla fisiologia del corpo umano durante il volo sono l’alta velocità e la carenza o l’assenza di ossigeno, l’accelerazione e la decelerazione, la pressione atmosferica e la decompressione.

Di per sé, la velocità elevata non produce sintomi preoccupanti sull’uomo. Possono invece risultare pericolose le rapide accelerazioni e decelerazioni, che vengono espresse mediante multipli della gravità terrestre sul livello del mare (g). Sottoposto per alcuni secondi a una forza di 4-6 g, il corpo umano va soggetto a disturbi della vista, con sdoppiamento dell’immagine e totale oscuramento. Per ovviare a questo problema sono state create tute antigravità che agiscono aumentando la pressione a livello dell’addome e delle gambe, e in tal modo contrastano la tendenza del sangue di accumularsi in quelle regioni del corpo. Durante la decelerazione portata a livelli estremi si rende necessario anche un adeguato supporto per la testa, che ha lo scopo di evitare dolori al capo e danni ai seni nasali. I test con piloti posti in posizione seduta, rivolti all’indietro e adeguatamente protetti, hanno rivelato che l’organismo può sopportare senza danni una decelerazione pari a 50 g.

L’organismo umano deve essere costantemente rifornito di ossigeno, la cui “scorta” fisiologica è quella contenuta nel sangue. Per periodi di tempo limitati, i muscoli possono funzionare in assenza di ossigeno (metabolismo anaerobio), ma il protrarsi di tale condizione determina l’accumulo di composti tossici. Particolarmente sensibili alla carenza di ossigeno sono il cervello e i tessuti dell’occhio. L’atmosfera terrestre contiene il 21% in volume di ossigeno. Fino alla quota di circa 4500 m la pressione è compatibile con le esigenze del corpo umano; al di sopra di tale altitudine, l’aria deve essere pressurizzata artificialmente per poter essere utilizzata nei processi respiratori. I velivoli militari d’alta quota sono dotati di bombole di ossigeno che i piloti devono usare al di sopra dei 3050 m. I velivoli militari che superano i 10.600 m di quota dispongono anche di cabine di pilotaggio pressurizzate. Nei voli a quote superiori a 16.775 m sono necessarie tute a pressione totale o parziale, con respiratori a ossigeno.

Risalendo dagli strati bassi dell’atmosfera (troposfera) a quote di circa 3900 m, la scarsità di ossigeno determina uno stato acuto di carenza di ossigeno noto come male dell’altitudine o “fame d’aria”. Al limite inferiore della stratosfera, cioè circa 10.600 m, la normale inalazione di ossigeno puro non produce più un’adeguata saturazione di ossigeno dell’emoglobina contenuta nel sangue. L’ipossia determina vari tipi di disturbi nell’organismo: dallo stato iniziale di intossicazione si passa alla progressiva diminuzione dell’attenzione e della capacità di giudizio, finché si produce uno stato di incoscienza. La frequenza respiratoria e il battito cardiaco aumentano, la concentrazione di ossigeno nel sistema circolatorio si riduce; lo scarso apporto di ossigeno, prolungato nel tempo, provoca danni irreversibili al cervello.

A causa della diminuzione della pressione a quote superiori a 9000 m, i tessuti corporei non riescono a conservare l’azoto atmosferico disciolto in soluzione. Di conseguenza, si liberano bollicine di gas che, penetrando all’interno dei vasi sanguigni, li ostruiscono formando emboli. Questa sindrome è nota come aeroembolismo o malattia da decompressione, ed è analoga a quella che si verifica nei sommozzatori che effettuino la risalita troppo rapidamente; comprende sintomi come la confusione mentale, la paralisi e il collasso, ed è tipicamente segnalata da dolori nelle articolazioni più grandi, causati dalla pressione esercitata dal gas su tendini e nervi, e da spasmi dei vasi sanguigni. Come misura preventiva si effettua l’inalazione di ossigeno puro, allo scopo di eliminare l’azoto dal sistema circolatorio. Danni considerevoli al cuore e ad altri organi interni sono determinati dalla decompressione rapida, che nelle cavità corporee esplica una sorta di effetto “ariete”.

Questo disturbo si produce per effetto del moto sul labirinto, nell’orecchio interno; tuttavia, sembra che abbiano un ruolo anche fattori psicogeni e l’ansia correlata al volo. Il mal d’aereo viene controllato con farmaci come la scopolamina e gli antistaminici.

Lo sviluppo di aerei più veloci ha permesso di coprire lunghe distanze in tempi sempre più brevi. Tuttavia, lo spostamento in poche ore attraverso zone estremamente lontane fra loro può costituire un’azione di disturbo sul naturale orologio biologico e sui ritmi circadiani che regolano molti processi fisiologici dell’organismo umano, e può dare luogo al cosiddetto jet lag, problematico soprattutto per i piloti che vengono assegnati a itinerari diversi in breve tempo. Non è stato mai dimostrato che il jet-lag fosse all’origine di incidenti aerei, ma alcuni sospettano che possa interferire con la sicurezza del volo.

Nel caso dei voli spaziali, la bioastronautica deve tenere conto dei fattori già elencati, e in più dell’assenza di gravità e dell’aumento di radiazione all’esterno della “sfera protettiva” costituita dall’atmosfera. Nel corso delle prime missioni spaziali, come quella dell’Apollo, i piloti al loro ritorno venivano sottoposti a un periodo di 21 giorni di quarantena, ma tale prassi fu presto abbandonata. Il monitoraggio delle funzioni fisiologiche comprendeva la frequenza cardiaca, il polso, la temperatura corporea, la pressione sanguigna, la frequenza respiratoria, lo stato di vigilanza, le onde elettroencefalografiche, e di solito dimostrava che il volo non aveva causato particolari variazioni. Potevano essere riscontrati alcuni cambiamenti nelle concentrazioni di ormoni e sali minerali, ma non significative. L’assenza del naturale ritmo giorno/notte veniva compensata mantenendo la tabella oraria e le incombenze degli astronauti analoghe a quelle terrestri. Il problema dell’alimentazione in mancanza di gravità fu risolto mediante speciali confezioni dalle quali gli astronauti introducono il cibo direttamente in bocca.

In occasione dei primi voli spaziali furono oggetto di particolare attenzione le possibili conseguenze psicologiche derivanti dalla lunga permanenza di più individui in uno spazio ristretto, e impegnati in poche attività. Tuttavia, si cercò di prevenire questo aspetto scegliendo soggetti particolarmente motivati e stabili psicologicamente, ai quali furono assegnati numerosi incarichi. Gli effetti delle radiazioni parvero limitati nei voli orbitali brevi, e paragonabili a quelli dei voli entro l’atmosfera terrestre. I voli spaziali vengono pianificati in modo da evitare i periodi delle tempeste solari, in cui si raggiungono livelli pericolosi di radiazioni g.

L’avvio di missioni spaziali che contemplavano una permanenza molto prolungata nello spazio ha comunque evidenziato che le condizioni di microgravità comportano serie conseguenze fisiologiche. Ad esempio, nei tre cosmonauti di ritorno dalla missione nella stazione spaziale Salyut, avvenuta nel 1984 e durata 237 giorni, furono riscontrati seri problemi medici, quali la diminuzione di tessuto osseo e muscolare; inoltre, si rilevò l’atrofia del muscolo cardiaco e una consistente riduzione dei globuli rossi. Nel corso di una missione dello shuttle Challenger del 1985, questi effetti furono studiati su 24 ratti e due scimmie; i test evidenziarono anche una sensibile riduzione dell’ormone della crescita. Queste osservazioni portarono a una nuova organizzazione delle attività a bordo delle navette spaziali, che attualmente comprendono l’alternanza di equipaggi diversi e una regolare attività fisica per preservare l’efficienza muscolare.

si ringrazia Encarta msn

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