Anxiété et microgravité : expérience en Vol Parabolique
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Les sciences de la vie en microgravité Pour comprendre le vivant, soutenir l’Homme dans l’exploration spatiale et aider la médecine. Guillemette Gauquelin-Koch 1 Les enjeux des sciences de la vie aspects fondamentaux • Contraintes évolutives liées à la gravité et adaptations aspects opérationnels • Evaluation des risques (santé/performance) (physiologiques, radiobiologiques & psychologiques) • le support vie des équipages, l’aide au retour • des contremesures intégrées aspects sociétaux • apports en santé humaine & apports sociologiques 2 Des adaptations étudiées de l’organisme à la cellule microgravité radiations + + Niveaux d’intégration 3 confinement Les moyens d’accès à la microgravité réelle Vols automatiques Vols paraboliques 15x20s: Humains 30j: animal/plante ISS Colombus 4 Jusqu’à 1 an: L’occupation de la Station Spatiale Internationale Occupation permanente depuis Oct. 2000 (équipage 6 personnes) Equipages internationaux Durée des missions 1 incrément = 6 mois Possibilité de répéter des protocoles sur plusieurs incréments Problème actuel: pas assez de temps équipage pour la science 5 6 Les moyens d’accès à la microgravité simulée Analogues microgravité Contremesures 7 Analogues confinement Les plateformes accessibles pour les équipes de recherche Clinique spatiale de Toulouse Concordia Clinique spatiale de Cologne 8 Adaptations à la contrainte gravitaire Un moteur majeur de l’évolution Squelette Végétaux 1g immunité Vestibule Muscles 9 Cardiovasculaire Système nerveux 9 Troubles physiologiques induits lors d’un vol spatial Ostéoporose Diminution de la réponse immunitaire 10 Atrophie musculaire & troubles métaboliques Troubles sociaux Perturbations de la perception Déconditionnement cardiovasculaire 10 Troubles physiologiques induits lors d’un vol spatial Ostéoporose Diminution de la réponse immunitaire 11 Atrophie musculaire & troubles métaboliques Troubles sociaux Perturbations de la perception Déconditionnement cardiovasculaire 11 Modifications de la perception: profondeur, volume et verticalité Flight performance • Après l’atterrissage, les astronautes surestiment les translations et les inclinaisons du corps par rapport à la gravité. sans prothèse avec prothèse 12 Clément & Wood PLoS One 2014; Clément PLoS One 2014; Clément PLoS One 2015; Clément et al. J Vestib Res 2014 Troubles physiologiques induits lors d’un vol spatial Ostéoporose Diminution de la réponse immunitaire 13 Atrophie musculaire & troubles métaboliques Troubles sociaux Perturbations de la perception Déconditionnement cardiovasculaire 13 Adaptation de la fonction cardiovasculaire Déconditionnement Cardiovasculaire Tachycardie de repos Hypotension orthostatique 180 160 160 140 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 2005 1970 20 Fonction cardiaque / Volémie Réflexe vestibulo-cardiaque / Baroréflexe Hormones & récepteur / Compliance veineuse Microcirculation Atteinte vasculaire cérébrale 0 Lever Syncope 20 0 0 1 2 3 Min Sigaudo D et al. 2002 Physiolab Redistribution des fluides 14 Cardiospace Fréquence cardiaque (bâtements/min) Réduction de la capacité à l’exercice 180 Cardio Troubles physiologiques induits lors d’un vol spatial Ostéoporose Diminution de la réponse immunitaire 15 Atrophie musculaire & troubles métaboliques Troubles sociaux Perturbations de la perception Déconditionnement cardiovasculaire 15 Tissu osseux après exposition à la µ-gravité 5 2 years2post-menopause, ans post n=13 (for comparison only) ménopause Space flight Vol n=22 0 radius tibia -5 -10 -15 DENSITÉ MINÉRALE OSSEUSE TRABÉCULAIRE -20 -25 ? 6 12 18 Mois 24 30 (months) 36 Diff. vs preflight (%) *p<0.05; **p<0.01 Change pre-flight (%) DMOfrom (% valeurs pré-vol) Expérience EDOS (early detection of osteoporosis in space) • • 16 Vico et al., unpublished data Aggravation avec la durée du vol Absence de récupération à 1 an Valorisation du scanner en diagnostique Troubles physiologiques induits lors d’un vol spatial Ostéoporose Diminution de la réponse immunitaire 17 Atrophie musculaire & troubles métaboliques Troubles sociaux Perturbations de la perception Déconditionnement cardiovasculaire 17 Reprogrammation et plasticité musculaire en µG Im Perte de force musculaire n sio en sp Su n io at ilis ob t m es dr Be l Vo % perte % perte Jambes Triceps Gastrocnemius Soleus Jours Extension genou Flexion genou Triceps Su io at n io ns ilis ob e sp m t es dr n Perte de masse musculaire Adams GR et al. 2003 18 Im Be l Vo Jours Troubles physiologiques induits lors d’un vol spatial Ostéoporose Diminution de la réponse immunitaire 19 Atrophie musculaire & troubles métaboliques Troubles sociaux Perturbations de la perception Déconditionnement cardiovasculaire 19 Augmentation de la sensibilité aux infections PATHOGENES Affaiblissement du système immunitaire ↑ Virulence ↑ Résistance ↑ Prolifération 20 Guéguinou, Huin, Bascove et al, J. Leuk. Biol. 2009 Les radiations en bio-astronautique, cancérologie et radiothérapie Cassures a b g X N P e- cancérologie sources doses risque spatial / radiothérapie 21 Réseau PRAXITELE Doses reçues par les spationautes : Méta-analyse bibliographique 100 Mir-15 Mir-14 Skylab 4 Dose reçue (mGy) 80 Mir-13 60 Mir-03 40 Mercury Gemini Apollo Mir Skylab Salyut 20 0 0 100 200 300 400 500 Durée de mission (j) 400 mGy/jour en moyenne 22 Maalouf et al., J Radiat Res 2011 Effets des doses sur la réparation de l’ADN Etudes fondamentales et épidémiologiques Radiations Cassure de l’ADN réparée par la protéine ATM % de mauvaise réparation ADN 100 23 répétition des faibles doses délétère Groupe II: intermédiaires 80 60 Groupe III: hypersensible 40 20 0 Sélection des spationautes Groupe I: radiorésistant 0 0.5 1 Dose (Gy) 1.5 2 Colin et al.Int J Radiat Biol, 2011; Joubert et al., Cancer Rad, 2011; Foray et al Radiology 2012 Pour prévenir ces conséquences: les contre-mesures •Exercice musculaire quotidien (90-120 min/jour) LBNP : un mois avant le retour •Des questions : Quel type et quelle intensité d’exercices sont optimum? Avec le minimum de temps ? Quelle(s) contre-mesure(s) pharmacologiques? Quelle perte de fonction tolérer ? sans compromettre la sécurité du vol ? •Pas 24 de contre-mesure idéale Lower Body Negative Pressure (LBNP) Environnement et santé 25 D’après M. Picard Diabetes. 2013; 62(3): 672–678. 25 15 ans d’études de bed rest: Caractérisation de la cascade d’adaptations métaboliques à l’impesanteur… 26 Bergouignan et al. J Appl Physiol 20 … ont démontré le rôle central de l’inactivité physique dans le développement des maladies métaboliques chroniques modernes Physical inactivity 27 Bergouignan et al. J Appl Physiol 20 Communauté scientifique française 50% CNES 35% CNES Post-doc doctorant s technicie ns ingénieur s 28 Chercheurs Enseignantschercheurs CNRS Universit é 84 personnes INSER M INRA 36 laboratoires Overview des activités en sciences de la vie Vols paraboliques, hypergravité (homme/animal), recherche clinique, biologie animale & végétale Développement modèles animaux exotiques immersion sèche ( déconditionnement plus précoce, diminue durée d’expérimentation) 2000 2005 2010 2015 vols paraboliques, bed rest, Shenzou 7-8-9, cardiospace (Tiangong2) Bio-satellites, bed rest, confinements, immersion sèche, BION, Physiolab, cardiomed, Bed rests, concordia, ISS/CADMOS (biologie végétale, physiologie), Cardiolab, EPM, etc 29 2016 2020 Confinement (180j : 4 chinois, 4 équipes françaises: cardiovasculaire, éthologie, psychologie), Cardiospace 2 (SSC) (cardiovasc: microcirculation+échographie: suivi scientifique paramètres différents de Cardiomed) BION, échographe/cardioMed (suivi médical des cosmonautes russes) immersion sèche ISS/CADMOS, bed rest ( 90j), Concordia, vol Thomas Pesquet (3 exp . Collab: Canada, NASA) Bed rest, ISS, programme nutrition synthèse Les recherches financées par le CNES sont originales parce qu’elles s’inscrivent dans une physiologie intégrée et pas seulement à une physiologie des fonctions, en décloisonnant les champs disciplinaires Elles recherchent à développer des contremesures innovantes pour le maintien de la santé et des performances des équipages Développe avec les laboratoires l’utilisation de nouveaux modèles expérimentaux (animaux, hommes) Ce qui lui permet de proposer des pistes pour des traitements de patients au sol (pathologies du mouvement, alitement prolongé, isolement, vieillissement,…) 30 Mission PROXIMA Novembre jours 2016-mai 2017 181 Plus d’une centaine d’expériences Une douzaine développées spécifiquement pour la mission Proxima 31 PROXIMA Physiologie Echo: Echographie télé opérée Everywear: assistant personnel pour astronaute Perspective: Instrument de réalité virtuelle Support vie: Aquapad: Mesure de la contamination de l’ eau Matiss: Surfaces innovantes pour limiter la contamination 32 Au retour sur Terre : -Difficultés à se maintenir debout Troubles de l’équilibre Mal de débarquement Hypotension artérielle -« g parait plus que g » -Capacité à l’exercice diminuée -Modifications osseuses (vols longs) 33 Quelle adaptation lors de séjours prolongés sur la Lune (g/6) ou sur Mars (g/3) ?
