Comment l'alitement et le cyclisme en gravité artificielle sont testés pour faciliter les vols spatiaux humains

Pendant deux mois, 12 Français seront placés dans un "mode de vie incliné obligatoire" pour étudier les impacts de la microgravité sur les astronautes et déterminer si le cyclisme en gravité artificielle pourrait combattre les effets négatifs des vols spatiaux humains sur le corps. L'alitement avec gravité artificielle et exercice de cyclisme (BRACE) est dirigé par l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale française (CNES) et marquera la première étude sur l'alitement impliquant le cyclisme en Europe.

Le projet a recueilli 3 000 manifestations d'intérêt de la part de volontaires en France, mais après un vaste processus de sélection, 12 personnes ont été sélectionnées et se préparent actuellement pour 60 jours au lit, une épaule touchant toujours le matelas, inclinée de six degrés sous la ligne horizontale avec les pieds levés, au nom de la science.

La NSF s'est entretenue avec le Dr Angelique Van Ombergen, responsable des sciences de la vie à l'ESA pour l'exploration humaine et robotique, pour discuter de ce qu'est BRACE et de la manière dont il pourrait bénéficier aux vols spatiaux habités.

Qu'est-ce que BRACE ?

Le nombre de missions de vols spatiaux habités augmentant chaque année, l'étude des effets physiologiques de la microgravité sur le corps humain est devenue primordiale pour maintenir les astronautes en bonne santé dans l'espace.

"En les mettant dans le lit pendant si longtemps et en les inclinant de six degrés vers le bas, vous induisez des processus dans le corps humain qui sont similaires à ce que les astronautes montrent dans l'espace", a déclaré le Dr Angelique Van Ombergen.

🥱 Vous avez du mal à sortir du lit aujourd'hui ?

🛌 12 volontaires ne quitteront pas le lit pendant deux mois entiers, pas même pour les pauses toilettes, en faisant du vélo et en filant sur une centrifugeuse. 🚴‍♂️🔄

Cette étude pionnière sur l'alitement aidera 🧑‍🚀 et 👴 : https://t.co/a4cq2yaUmB

📸 par @Medes_IMPS pic.twitter.com/CtSPKNKdC5

– ESA (@esa) 27 mai 2023

Les volontaires participeront à l'une des trois catégories suivantes : rester au lit tout le temps, rester au lit autre que 30 minutes par jour de vélo ou rester au lit autre que 30 minutes par jour de vélo dans la centrifugeuse à gravité artificielle. Tout, depuis les repas, les pauses toilettes et les douches, se fera allongé.

Les études sur l'alitement ne sont pas nouvelles mais ont attiré plus d'attention au cours des dernières années. En fait, en novembre 2021, la NASA a accordé au Deutsches Zentrum fur Luft-und Raumfahrt (DLR) en Allemagne 49,9 millions de dollars pour soutenir d'autres études sur l'alitement.

Ce dernier projet fait suite à un projet similaire mené en 2019, où l'ESA, la NASA et l'Allemagne ont réalisé la toute première étude sur l'alitement avec gravité artificielle pour tester s'il avait un impact sur la détérioration du corps humain dans l'espace. Comme BRACE, l'étude précédente a placé les participants dans une centrifugeuse à gravité artificielle en rotation pendant 30 minutes par jour pour déterminer si la rotation pouvait contre-mesurer les effets négatifs de la microgravité. Le Dr Van Ombergen a déclaré que les résultats préliminaires du projet n'étaient pas aussi bénéfiques qu'espéré, mais pense que BRACE pourrait produire de meilleurs résultats.

"Cette étude BRACE est essentiellement un suivi dans le sens où nous examinons une combinaison de gravité artificielle et d'exercices cyclistes par rapport au cyclisme uniquement, pour voir s'il existe un effet supplémentaire de la gravité artificielle et pour mieux comprendre s'il peut y avoir un avantage ou un avantage supplémentaire potentiel pour sauver [les astronautes] des changements indésirables que nous voyons dans l'alitement qui imitent certains des changements physiologiques dans les vols spatiaux ", a déclaré le Dr Van Ombergen.

Bénévole placé dans la catégorie vélo mural. (Crédit : ESA)

Les participants qui ont été affectés à l'utilisation du vélo sans la centrifugeuse à gravité artificielle seront sortis de leur lit une fois par jour et pédaleront pendant 30 minutes sur un appareil mural. Les participants affectés à la gravité artificielle seront sortis du lit pour s'allonger dans la centrifugeuse et faire un cycle de 30 minutes, tout en étant tournés pour conduire le sang vers leurs pieds, doublant la force de gravité.

"Nous encourageons les volontaires à atteindre leur effort maximal sur le vélo, puis à comparer l'impact avec ceux qui ne font pas du tout de vélo", explique Rebecca Billette, responsable de la recherche clinique au MEDES, l'Institut de médecine et physiologie spatiales de Toulouse, France.

L'étude implique 14 équipes scientifiques européennes différentes et se déroule à la clinique spatiale MEDES en France.

"Nous comparerons l'impact d'une routine d'exercice quotidienne sur une variété de facteurs physiologiques", a ajouté Billette.

Début de l'étude BRACE en France. (Crédit : ESA)

L'alitement et les vols spatiaux habités

L'alitement à long terme a été présenté comme un moyen efficace d'imiter la réponse du corps à l'apesanteur. Plusieurs changements corporels pendant l'alitement sont similaires dans l'espace, tels que le sang qui coule vers la tête, les changements de fluides et la perte osseuse et musculaire. Selon la NASA, sans gravité tirant le flux sanguin vers les jambes, la tête des astronautes est remplie de fluides, provoquant le syndrome des pattes d'oiseau à tête gonflée.

« Nous espérons comprendre la valeur ajoutée de la gravité artificielle pour la routine de remise en forme que suivent les astronautes sur la Station spatiale internationale (ISS). L'équipage s'exerce deux heures par jour en orbite. Elle [la gravité artificielle] pourrait devenir une solution efficace pour un corps en meilleure santé lors de missions spatiales de longue durée, si les défis technologiques peuvent être surmontés », a déclaré le Dr Van Ombergen.

À lire : Un groupe de 12 volontaires participe actuellement à l’étude d’alitement BRACE à la clinique spatiale @Medes_IMPS, à #Toulouse.

L’étude dure 88 jours dont 60 couché à -6° d’inclinaison, c’est-à-dire avec la tête plus basse que les pieds.

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—ESA France (@ESA_fr) 23 mai 2023

Le principal avantage d'effectuer ces tests d'alitement sur Terre est qu'il y a beaucoup moins de coûts.

"Nous avons beaucoup moins de contraintes et de logistique, et nous n'avons pas besoin de penser au téléchargement ou à quelque chose comme ça. Nous n'avons pas besoin de penser à la masse, nous pouvons tester plus de sujets en moins de temps, ce qui, bien sûr, dans la recherche biomédicale est vraiment important. Nous pouvons tester ou valider des contre-mesures que nous pourrons ensuite tester plus tard dans l'espace. Je pense donc qu'il y a beaucoup d'avantages à faire ces études sur le terrain pour éclairer les missions spatiales réelles", a déclaré le Dr Van Ombergen.

Cependant, bien que l'alitement fournisse une bonne représentation du corps humain dans l'espace, son efficacité est limitée.

"Lorsque nous mettons des sujets sur Terre dans un lit pendant si longtemps, il y a désuétude de leurs os et de leurs muscles, et c'est pourquoi ils se détériorent, mais la gravité est toujours là", a-t-elle déclaré. "Alors que dans l'espace, les astronautes sont en fait assez actifs, mais leurs muscles et leurs os se détériorent quand même parce qu'il n'y a pas de gravité qui agit contre les muscles ou qui affecte leur métabolisme osseux."

Dans une étude publiée en 2016 par l'American Physiological Society intitulée "L'alitement de longue durée comme analogue à la microgravité", les auteurs ont noté qu'une plus grande partie de la surface du corps est comprimée dans l'alitement par rapport à l'espace.

Le volontaire subit des tests rigoureux pendant l'alitement de 60 jours. (Crédit : MEDES)

"En microgravité réelle, la compression externe de toutes les surfaces corporelles est minime, alors que le repos au lit génère plus de compression des tissus sur une plus grande surface du corps. Cette plus grande compression augmente les pressions tissulaires et déshydrate probablement les zones de mise en charge en raison d'un plus grand flux interstitiel dans la microcirculation", explique le document.

Malgré ces mises en garde, le Dr Van Ombergen a déclaré que l'alitement reste un modèle solide pour valider la technologie qui pourrait bénéficier aux vols spatiaux habités.

Les hauts et les bas de 60 jours au lit

Les 12 volontaires seront traités comme des cobayes humains pendant deux mois et seront piqués et poussés toute la journée, a déclaré le Dr Van Ombergen. L'ESA et le CNES sont passés par un processus vigoureux pour trouver leurs participants, en filtrant ceux qui pourraient avoir certaines maladies neurologiques, osseuses ou musculaires.

Les principaux critères de sélection étaient que les volontaires devaient être de sexe masculin, âgés de 20 à 45 ans, en bonne forme physique avec un IMC entre 20 et 27, et non-fumeurs.

Une fois les 60 jours entamés, chaque participant sera placé dans sa catégorie : vélo, vélo avec gravité artificielle ou alitement. Alors que les participants reçoivent des informations détaillées sur ce qu'ils vont subir, la catégorie dans laquelle ils sont placés sera complètement aléatoire, ce qui, selon le Dr Van Ombergen, peut être psychologiquement difficile.

Centrifugeuse à gravité artificielle au DLR dans l'étude de 2019. (Crédit : DLR)

Les participants suivront une routine très standardisée, a déclaré le Dr Van Ombergen. "Ils seront réveillés tous les jours à la même heure. Ils prendront leurs repas à la même heure. Leurs repas seront très standardisés, [et] ils seront mesurés en fonction des nutriments qu'ils contiennent. Ils doivent manger une portion spécifique de cette nourriture pour s'assurer qu'ils obtiennent suffisamment de nutriments", a-t-elle déclaré.

Même lorsqu'ils auront fini de manger, les équipes calculeront ce qui reste dans l'assiette pour analyser la représentation la plus précise de ce qui est entré dans leur corps, ce qui impactera leurs résultats.

Outre les 30 minutes d'exercice pour les deux groupes, leurs journées seront remplies de tests, tels que des biopsies musculaires, des échantillons d'urine, des analyses pour vérifier la composition corporelle, la collecte de données pour vérifier la tension artérielle, la fréquence cardiaque, l'absorption des nutriments, la dépense énergétique, la masse osseuse et l'humeur.

Les participants auront leur propre temps, mais le Dr Van Ombergen affirme que ce sera difficile. Les participants sont encouragés à se fixer des objectifs, comme apprendre une nouvelle langue ou suivre un cours en ligne, pour lutter contre l'ennui.

Volontaire placé au lit incliné de six degrés pour imiter la sensation d'apesanteur. (Crédit : DLR)

"D'un point de vue physique, vous vous détériorez dans une certaine mesure en restant allongé au lit pendant si longtemps et vous pourriez ressentir des nuisances ou des choses inconfortables, peut-être même des douleurs. En même temps, on vous demande de participer à toutes les enquêtes, qui sont parfois assez invasives ou peuvent être un peu douloureuses", explique le Dr Van Ombergen.

Début 2024, l'ESA et le CNES mèneront une deuxième partie de la même étude avec 12 autres participants. Les agences auront alors un total de 24 personnes à analyser. Le prochain projet sera une autre étude de 60 jours en Slovénie axée sur la combinaison de l'exercice de vibration et de la gravité artificielle, a expliqué l'ESA.

Après 60 jours, les participants subiront 14 jours de récupération et de surveillance après l'alitement. L'étude a commencé le 4 avril et se terminera début juillet.

(Image principale : Volontaire alité BRACE placé dans une centrifugeuse à gravité artificielle. Crédit : ESA)