Les vols spatiaux font des choses étranges sur le corps des astronautes

L'astronaute Karen Nyburg utilise un fondoscope pour un examen de la vue à bord de la Station spatiale internationale. Nasa

L'astronaute Scott Kelly a vécu et travaillé sur la Station spatiale internationale pendant 340 jours, le plus long temps qu'un Américain ait passé dans l'espace. Sa mission a donné aux scientifiques des informations essentielles sur ce qui arrive au corps humain lors de séjours de longue durée en orbite. C'est parce que Kelly a un jumeau identique, Mark (également astronaute, et bientôt sénateur américain). Les jumeaux Kelly ont offert aux scientifiques une opportunité rare : alors qu'ils étudiaient ce qui était arrivé au corps de Scott pendant son année dans l'espace, ils ont bénéficié d'un sujet témoin, Mark, qui est resté sur Terre.

le Étude des jumeaux de la NASA fourni plus de preuves de ce que nous soupçonnions déjà. Dans une capsule confinée en microgravité et une exposition prolongée aux radiations, le système immunitaire prend un coup, l'œil change de forme pour le pire et il y a une perte importante de masse musculaire et osseuse.

Mais nous avons également découvert des effets surprenants. Kelly a connu des changements dans son microbiote intestinal, ses capacités cognitives ont ralenti, certains gènes s'éteignaient et s'allumaient et ses chromosomes ont subi des changements structurels.

L'étude Twins nous a donné un premier aperçu des réponses moléculaires du corps humain aux vols spatiaux, mais ces contours devaient être complétés, explique Christopher Mason, professeur agrégé de physiologie et de biophysique à Weill Cornell Medicine. Les changements que nous avons vus nécessitaient plus de contexte et de réplication. Nous avions besoin d'études supplémentaires pour cartographier la fréquence des changements que nous avons observés chez d'autres astronautes et d'autres organismes qui vont dans l'espace, et aussi pour voir si le degré de changement était similaire pour des missions plus courtes.

Cela nous amène à un nouvel ensemble de recherches qui s'appuie sur l'étude Twins, réanalysant certaines des données originales avec de nouvelles techniques et fournissant des comparaisons avec d'autres astronautes. Dans un ensemble de 19 études publiées aujourd'hui dans une multitude de revues différentes (ainsi que 10 prépublications toujours sous examen par les pairs), des chercheurs comme Mason (un auteur principal de 14 des articles) ont étudié les changements physiologiques, biochimiques et génétiques qui se sont produits dans 56 astronautes (dont Kelly) qui ont passé du temps dans l'espace - la plus grande étude de ce type jamais menée.

Les nouveaux articles, qui intègrent les résultats des techniques de profilage cellulaire et de séquençage des gènes qui ne sont devenus plus faciles à exécuter que récemment, révèlent que certaines caractéristiques des vols spatiaux apparaissent systématiquement chez les humains, les souris et d'autres animaux lorsqu'ils se rendent dans l'espace, dit Mason. Il semble y avoir un ensemble de base d'adaptations et de réponses des mammifères aux rigueurs des vols spatiaux.

Le bon, le mauvais et l'inexplicable

Les chercheurs soulignent six changements biologiques qui surviennent chez tous les astronautes pendant les vols spatiaux : stress oxydatif (accumulation excessive de radicaux libres dans les cellules de l'organisme), dommages à l'ADN, dysfonctionnement des mitochondries, modifications de la régulation des gènes, altérations de la longueur des télomères (les extrémités des chromosomes, qui raccourcissent avec l'âge) et les modifications du microbiome intestinal.

De ces six changements, le plus important et le plus surprenant pour les scientifiques était dysfonctionnement mitochondrial . Les mitochondries jouent un rôle essentiel dans la production de l'énergie chimique nécessaire au maintien du fonctionnement des cellules et, par extension, des tissus et des organes. Les chercheurs ont découvert des performances mitochondriales irrégulières chez des dizaines d'astronautes et ont pu caractériser largement ces changements grâce à de nouvelles techniques de génomique et de protéomique. Afshin Beheshti, bioinformaticien à la NASA et auteur principal de une étude , affirme que la suppression mitochondriale aide à expliquer combien de problèmes rencontrés par les astronautes (comme les déficiences du système immunitaire, le rythme circadien perturbé et les complications organiques) sont en réalité liés les uns aux autres, car ils reposent tous sur les mêmes voies métaboliques.

Lorsque vous êtes dans l'espace, ce n'est pas seulement un être ou un organe qui est affecté, c'est tout le corps qui est affecté, dit Beheshti. 'Nous avons commencé à relier les points.'

D'autres recherches se sont concentrées sur les problèmes observés au niveau génétique. L'étude Twins a montré que les télomères de Kelly se sont allongés dans l'espace avant de revenir à des longueurs normales ou même plus courtes peu après son retour sur Terre. Les télomères sont censés raccourcir avec l'âge, donc l'allongement n'a pas de sens, et l'étude Twins n'a pas fourni suffisamment de données pour tirer de véritables conclusions quant à la raison pour laquelle cela s'est produit et quels en ont été les effets.

Susan Bailey, experte de la recherche sur les télomères à l'Université de l'État du Colorado et auteur principal de plusieurs articles, affirme que la nouvelle recherche a révélé que 10 autres astronautes connu le même allongement des télomères Kelly l'a fait quelle que soit la durée de la mission, ainsi que le même télomère qui rétrécit une fois qu'ils sont revenus sur Terre.

Notamment, l'un des articles du nouveau dossier a révélé que des télomères plus longs étaient également associés aux grimpeurs du mont Everest. Pour Bailey et ses collègues, cela suggère que l'allongement des télomères est affecté par le stress oxydatif – quelque chose que les grimpeurs et les astronautes expérimentent tous les deux, et qui perturbe le bon entretien des télomères.

L'astronaute Akihiko Hoshide tire du sang de sa veine sur l'ISS.

Nasa

Ils essaient toujours de déterminer comment ces voies fonctionnent et quelles pourraient en être les conséquences ( ce n'est probablement pas un secret pour la longévité ), mais nous avons maintenant une base sur laquelle bâtir - nous savons ce qu'il faut rechercher et savoir chez les futurs astronautes lors de missions d'exploration de longue durée [et dans l'espace lointain], dit-elle.

Bien que certains changements soient inattendus, beaucoup ne sont pas préoccupants. Ce qui est étonnant pour moi, c'est à quel point nous nous adaptons à l'espace, déclare Jeffrey Sutton, directeur du Centre de médecine spatiale du Baylor College of Medicine, qui n'a pas participé à la nouvelle recherche. Les mutations des cellules sanguines ont diminué chez Kelly alors qu'il était dans l'espace (une surprise totale pour Mason). Les astronautes ont également exposé diminution des niveaux de biomarqueurs associés au vieillissement et augmentation des niveaux de microARN qui régulent la réponse du système vasculaire aux dommages causés par les radiations et à la microgravité. L'une des découvertes les plus étranges a été que les microbiomes intestinaux des astronautes ont réussi à ramener sur Terre les microbes spatiaux trouvés sur l'ISS.

Les études individuellement et collectivement sont vraiment impressionnantes, dit Sutton. Nous sommes entrés dans une nouvelle ère de la recherche biomédicale spatiale, où les approches et les outils de la médecine de précision et translationnelle sont appliqués pour faire progresser notre compréhension de l'adaptation humaine à l'espace.

Les soucis du long-courrier

En fin de compte, cependant, les données mettent en évidence à quel point les ravages et le stress auxquels même les corps les plus sains sont confrontés pendant les missions spatiales, ce qui devrait avoir un impact sur la planification de missions plus longues. Je ne pense pas que nous soyons sur le point d'envoyer des personnes non formées dans l'espace pendant de très longues périodes, déclare Scott Kelly.

Physiologiquement, il pense qu'il est probablement sûr d'envoyer des gens sur Mars et d'en revenir. Dans un avenir lointain, cependant, au lieu d'aller sur Mars, nous irons sur les lunes de Jupiter ou de Saturne, dit-il. Vous allez rester dans l'espace pendant des années. Et à ce stade, nous devrons examiner de plus près la gravité artificielle comme moyen d'atténuation. Je ne voudrais pas arriver à la surface d'un autre corps planétaire et ne pas pouvoir fonctionner. Un an ou deux est réalisable. Plusieurs années ne le sont probablement pas.

Scott Kelly utilise des ultrasons pour imager sa veine jugulaire avec l'aide de Gennady Padalka, afin d'évaluer l'efficacité d'une contre-mesure de pression négative du bas du corps utilisée pour inverser le déplacement de fluide vers la tête qui se produit dans l'environnement d'apesanteur de l'espace.

Nasa

Nous sommes encore loin d'avoir à évaluer ce genre de risques. Mason et ses collègues suggèrent qu'il devrait y avoir des stratégies pharmacologiques pour réduire l'impact de la gravité sur le corps des astronautes de retour.

Sutton croit médecine de précision pourrait jouer un rôle énorme dans l'adaptation de ces médicaments pour protéger les astronautes contre les effets de la microgravité et des radiations. Et les réponses biologiques partagées entre les astronautes et les grimpeurs du mont Everest suggèrent que certaines interventions utilisées pour protéger les athlètes de sports extrêmes du stress oxydatif pourraient également être appliquées aux astronautes.

Ce dont nous avons besoin, c'est de plus de données et de plus de populations à utiliser à des fins de comparaison. Mason, Bailey et leurs collègues commencent à collecter les profils cellulaires et génétiques d'un plus grand nombre d'astronautes , en particulier ceux qui partent pour de futures missions d'un an. Ils veulent également étudier les personnes qui ont connu d'autres conditions similaires d'une certaine manière aux vols spatiaux, comme les patients en radiothérapie, les pilotes et les agents de bord.

Plus nous en savons sur les effets sur la santé des vols spatiaux de longue durée, mieux nous serons en mesure d'aider à maintenir la santé et les performances des astronautes pendant et après les vols spatiaux, a déclaré Bailey. Une telle connaissance profite également à ceux d'entre nous sur Terre - nous sommes tous préoccupés par le fait de vieillir et d'être en mauvaise santé.

Ce message a été mis à jour avec les commentaires d'Afshin Beheshti.

cacher