Effet des vols spatiaux sur le corps humain - Effect of spaceflight on the human body

L'astronaute Marsha Ivins démontre les effets de la microgravité sur ses cheveux dans l'espace

S'aventurer dans l'environnement de l'espace peut avoir des effets négatifs sur le corps humain. Les effets indésirables importants de l' apesanteur à long terme comprennent l'atrophie musculaire et la détérioration du squelette ( ostéopénie des vols spatiaux ). D' autres effets importants comprennent un ralentissement du système cardiovasculaire fonctions, diminution de la production de globules rouges , troubles de l' équilibre , troubles de la vue et les changements dans le système immunitaire . Les symptômes supplémentaires incluent la redistribution des fluides (provoquant l' apparence de « visage de lune » typique des images d'astronautes en apesanteur), la perte de masse corporelle , la congestion nasale , les troubles du sommeil et les flatulences excessives .

Les problèmes d'ingénierie associés au départ de la Terre et au développement de systèmes de propulsion spatiale sont examinés depuis plus d'un siècle et des millions d'heures de recherche ont été consacrées à ces problèmes . Ces dernières années, il y a eu une augmentation des recherches sur la question de savoir comment les humains peuvent survivre et travailler dans l'espace pendant des périodes prolongées et peut-être indéfinies. Cette question nécessite la contribution des sciences physiques et biologiques et est maintenant devenue le plus grand défi (autre que le financement) auquel est confrontée l' exploration spatiale habitée . Une étape fondamentale pour surmonter ce défi consiste à essayer de comprendre les effets et l'impact des voyages spatiaux à long terme sur le corps humain.

En octobre 2015, le bureau de l'inspecteur général de la NASA a publié un rapport sur les risques pour la santé liés à l'exploration spatiale , y compris une mission humaine sur Mars .

Le 12 avril 2019, la NASA a rapporté les résultats médicaux de l' étude Astronaut Twin Study , où un jumeau astronaute a passé un an dans l'espace sur la Station spatiale internationale , tandis que l'autre jumeau a passé l'année sur Terre , qui a démontré plusieurs changements durables, notamment ceux liés aux altérations de l' ADN et de la cognition , lorsqu'un jumeau était comparé à l'autre.

En novembre 2019, des chercheurs ont signalé que des astronautes avaient de graves problèmes de circulation sanguine et de caillots à bord de la Station spatiale internationale , sur la base d'une étude de six mois portant sur 11 astronautes en bonne santé. Les résultats pourraient influencer les vols spatiaux à long terme , y compris une mission vers la planète Mars , selon les chercheurs.

Effets physiologiques

Bon nombre des conditions environnementales rencontrées par les humains pendant les vols spatiaux sont très différentes de celles dans lesquelles les humains ont évolué; Cependant, une technologie telle que celle offerte par un vaisseau spatial ou une combinaison spatiale est capable de protéger les gens des conditions les plus difficiles. Les besoins immédiats en air respirable et en eau potable sont satisfaits par un système de survie, un groupe de dispositifs qui permettent aux êtres humains de survivre dans l'espace. Le système de survie fournit de l' air , de l' eau et de la nourriture . Il doit également maintenir la température et la pression dans des limites acceptables et traiter les déchets de l'organisme . Une protection contre les influences extérieures nocives telles que les radiations et les micro-météorites est également nécessaire.

Certains aléas sont difficiles à atténuer, comme l'apesanteur, également définie comme un environnement de microgravité . Vivre dans ce type d'environnement a un impact sur le corps de trois manières importantes : perte de proprioception , modifications de la distribution des fluides et détérioration du système musculo - squelettique .

Le 2 novembre 2017, des scientifiques ont rapporté que des changements significatifs dans la position et la structure du cerveau ont été trouvés chez des astronautes qui ont effectué des voyages dans l'espace , sur la base d' études IRM . Les astronautes qui effectuaient des voyages spatiaux plus longs étaient associés à des changements cérébraux plus importants.

En octobre 2018, des chercheurs financés par la NASA ont découvert que les longs voyages dans l' espace , y compris les voyages vers la planète Mars , peuvent endommager considérablement les tissus gastro - intestinaux des astronautes. Les études soutiennent des travaux antérieurs qui ont révélé que de tels voyages pourraient endommager considérablement le cerveau des astronautes et les vieillir prématurément.

En mars 2019, la NASA a signalé que des virus latents chez l'homme pourraient être activés lors de missions spatiales , ajoutant peut-être plus de risques pour les astronautes lors de futures missions dans l'espace lointain.

Recherche

La médecine spatiale est une pratique médicale en développement qui étudie la santé des astronautes vivant dans l'espace. L'objectif principal de cette quête académique est de découvrir dans quelle mesure et pendant combien de temps les gens peuvent survivre aux conditions extrêmes dans l'espace, et à quelle vitesse ils peuvent se réadapter à l'environnement terrestre après leur retour de l'espace. La médecine spatiale cherche également à développer des mesures préventives et palliatives pour soulager les souffrances causées par le fait de vivre dans un environnement auquel les humains ne sont pas bien adaptés.

Montée et rentrée

Pendant le décollage et la rentrée dans l'espace, les voyageurs peuvent ressentir une gravité plusieurs fois supérieure à la normale. Une personne non entraînée peut généralement supporter environ 3 g, mais peut s'évanouir à 4 à 6 g. La force G dans la direction verticale est plus difficile à tolérer qu'une force perpendiculaire à la colonne vertébrale car le sang s'écoule du cerveau et des yeux. La personne subit d'abord une perte de vision temporaire, puis à des forces g plus élevées, elle perd connaissance. L'entraînement à la force G et une combinaison G qui resserre le corps pour garder plus de sang dans la tête peuvent atténuer les effets. La plupart des engins spatiaux sont conçus pour maintenir les forces g dans des limites confortables.

Environnements spatiaux

L'environnement de l'espace est mortel sans protection appropriée : la plus grande menace dans le vide de l'espace provient du manque d'oxygène et de pression, bien que la température et le rayonnement posent également des risques. Les effets de l'exposition à l'espace peuvent entraîner une ébullition , une hypoxie , une hypocapnie et un mal de décompression . En plus de ceux-ci, il existe également une mutation et une destruction cellulaires causées par des photons de haute énergie et des particules subatomiques présentes dans l'environnement. La décompression est une préoccupation sérieuse lors des activités extra-véhiculaires (EVA) des astronautes. Les conceptions actuelles des unités de mobilité extravéhiculaire (UME) tiennent compte de ce problème et d'autres, et ont évolué au fil du temps. Un défi clé a été les intérêts concurrents de l'augmentation de la mobilité des astronautes (qui est réduite par les EMU à haute pression , analogue à la difficulté de déformer un ballon gonflé par rapport à un ballon dégonflé) et de minimiser le risque de décompression . Les enquêteurs ont envisagé de pressuriser une unité principale séparée à la pression normale de la cabine de 71 kPa (10,3 psi) par opposition à la pression actuelle de l'ensemble de l'UEM de 29,6 kPa (4,3 psi). Dans une telle conception, la pressurisation du torse pourrait être réalisée mécaniquement, évitant la réduction de mobilité associée à la pressurisation pneumatique.

Vide

Cette peinture de 1768, Une expérience sur un oiseau dans la pompe à air de Joseph Wright of Derby , représente une expérience réalisée par Robert Boyle en 1660 pour tester l'effet d'un vide sur un système vivant.

La physiologie humaine est adaptée à la vie dans l'atmosphère terrestre, et une certaine quantité d'oxygène est nécessaire dans l'air que nous respirons . Si le corps ne reçoit pas assez d'oxygène, l'astronaute risque de perdre connaissance et de mourir d' hypoxie . Dans le vide de l'espace, les échanges gazeux dans les poumons se poursuivent normalement, mais entraînent l'élimination de tous les gaz, y compris l'oxygène, de la circulation sanguine. Après 9 à 12 secondes, le sang désoxygéné atteint le cerveau, et il en résulte une perte de conscience. L'exposition au vide jusqu'à 30 secondes est peu susceptible de causer des dommages physiques permanents. Les expérimentations animales montrent qu'une récupération rapide et complète est normale pour des expositions inférieures à 90 secondes, tandis que des expositions plus longues à l'ensemble du corps sont mortelles et que la réanimation n'a jamais réussi. Il n'y a qu'une quantité limitée de données disponibles sur les accidents humains, mais elles sont cohérentes avec les données animales. Les membres peuvent être exposés plus longtemps si la respiration n'est pas altérée.

En décembre 1966, l'ingénieur en aérospatiale et sujet de test Jim LeBlanc de la NASA participait à un test pour voir dans quelle mesure un prototype de combinaison spatiale pressurisée fonctionnerait dans des conditions de vide. Pour simuler les effets de l'espace, la NASA a construit une énorme chambre à vide à partir de laquelle tout l'air pouvait être pompé. À un moment donné au cours du test, le tuyau de pressurisation de LeBlanc s'est détaché de la combinaison spatiale. Même si cela a fait chuter la pression de sa combinaison de 3,8 psi (26,2 kPa) à 0,1 psi (0,7 kPa) en moins de 10 secondes, LeBlanc est resté conscient pendant environ 14 secondes avant de perdre connaissance en raison d'une hypoxie; la pression beaucoup plus basse à l'extérieur du corps provoque une désoxygénation rapide du sang. "Alors que je trébuchais en arrière, je pouvais sentir la salive sur ma langue commencer à bouillonner juste avant de perdre connaissance et c'est la dernière chose dont je me souviens", se souvient LeBlanc. Un collègue est entré dans la chambre dans les 25 secondes et a donné de l'oxygène à LeBlanc. La chambre a été repressurisée en 1 minute au lieu des 30 minutes normales. LeBlanc a récupéré presque immédiatement avec juste un mal d'oreille et aucun dommage permanent.

Un autre effet du vide est une condition appelée ébullition qui résulte de la formation de bulles dans les fluides corporels en raison d'une pression ambiante réduite, la vapeur peut gonfler le corps à deux fois sa taille normale et ralentir la circulation, mais les tissus sont suffisamment élastiques et poreux pour empêcher rupture. Techniquement, on considère que l'ébullisme commence à une altitude d'environ 19 kilomètres (12 mi) ou à des pressions inférieures à 6,3 kPa (47 mm Hg ), connue sous le nom de limite d'Armstrong . Des expériences avec d'autres animaux ont révélé un éventail de symptômes qui pourraient également s'appliquer aux humains. Le moins grave d'entre eux est le gel des sécrétions corporelles dû au refroidissement par évaporation . Des symptômes graves, tels qu'une perte d'oxygène dans les tissus , suivis d'une insuffisance circulatoire et d' une paralysie flasque se produiraient en 30 secondes environ. Les poumons s'effondrent également au cours de ce processus, mais continueront à libérer de la vapeur d'eau, entraînant un refroidissement et la formation de glace dans les voies respiratoires . Une estimation approximative est qu'un humain aura environ 90 secondes pour être recompressé, après quoi la mort peut être inévitable. Le gonflement dû à l'ébullisme peut être réduit par le confinement dans une combinaison de vol qui est nécessaire pour empêcher l'ébullisme au-dessus de 19 km. Pendant le programme de la navette spatiale, les astronautes portaient un vêtement élastique ajusté appelé Crew Altitude Protection Suit (CAPS) qui empêchait l'ébullition à des pressions aussi basses que 2 kPa (15 mm Hg).

Les seuls humains connus pour être morts d'une exposition au vide dans l'espace sont les trois membres d'équipage du vaisseau spatial Soyouz 11 ; Vladislav Volkov , Georgi Dobrovolski et Viktor Patsayev . Au cours des préparatifs pour la rentrée depuis l'orbite le 30 juin 1971, une vanne d'égalisation de pression dans le module de descente du vaisseau spatial s'est ouverte de manière inattendue à une altitude de 168 kilomètres (551 000 pieds), provoquant une dépressurisation rapide et la mort subséquente de tout l'équipage.

Température

Dans le vide, il n'y a pas de moyen d'évacuer la chaleur du corps par conduction ou convection. La perte de chaleur se fait par rayonnement de la température de 310 K d'une personne aux 3 K de l'espace extra-atmosphérique. Il s'agit d'un processus lent, en particulier chez une personne vêtue, il n'y a donc aucun risque de gel immédiat. Le refroidissement rapide par évaporation de l'humidité de la peau sous vide peut créer du givre, en particulier dans la bouche, mais ce n'est pas un danger important.

L'exposition au rayonnement intense de la lumière solaire directe et non filtrée entraînerait un échauffement local, bien que celui-ci soit probablement bien réparti par la conductivité du corps et la circulation sanguine. Cependant, d' autres rayonnements solaires, en particulier les rayons ultraviolets , peuvent provoquer de graves coups de soleil.

Radiation

Comparaison des doses de rayonnement - comprend la quantité détectée lors du voyage de la Terre à Mars par le RAD sur le MSL (2011-2013).

Sans la protection de l' atmosphère terrestre et de la magnétosphère, les astronautes sont exposés à des niveaux élevés de rayonnement . Des niveaux élevés de radiations endommagent les lymphocytes , des cellules fortement impliquées dans le maintien du système immunitaire ; ces dommages contribuent à la baisse de l' immunité subie par les astronautes. Le rayonnement a également été récemment lié à une incidence plus élevée de cataractes chez les astronautes. En dehors de la protection de l'orbite terrestre basse, les rayons cosmiques galactiques présentent d'autres défis pour les vols spatiaux humains, car la menace pour la santé des rayons cosmiques augmente considérablement les risques de cancer sur une décennie ou plus d'exposition. Une étude financée par la NASA a rapporté que les radiations peuvent endommager le cerveau des astronautes et accélérer l'apparition de la maladie d'Alzheimer . Les éruptions solaires (bien que rares) peuvent donner une dose de rayonnement fatale en quelques minutes. On pense que le blindage protecteur et les médicaments protecteurs peuvent finalement réduire les risques à un niveau acceptable.

L'équipage vivant sur la Station spatiale internationale (ISS) est partiellement protégé de l'environnement spatial par le champ magnétique terrestre, car la magnétosphère dévie le vent solaire autour de la Terre et de l'ISS. Néanmoins, les éruptions solaires sont suffisamment puissantes pour déformer et pénétrer les défenses magnétiques, et constituent donc toujours un danger pour l'équipage. L'équipage de l' Expédition 10 s'est réfugié par précaution en 2005 dans une partie plus fortement blindée de la station conçue à cet effet. Cependant, au-delà de la protection limitée de la magnétosphère terrestre , les missions humaines interplanétaires sont beaucoup plus vulnérables. Lawrence Townsend de l'Université du Tennessee et d'autres ont étudié l'éruption solaire la plus puissante jamais enregistrée . Les doses de rayonnement que les astronautes recevraient d'une éruption de cette ampleur pourraient provoquer un mal des rayons aigu et peut-être même la mort.

Une vidéo réalisée par l'équipage de la Station spatiale internationale montrant l' Aurora Australis , qui est causée par des particules de haute énergie dans l'environnement spatial.

Il existe une inquiétude scientifique selon laquelle un vol spatial prolongé pourrait ralentir la capacité du corps à se protéger contre les maladies. Les radiations peuvent pénétrer dans les tissus vivants et causer des dommages à court et à long terme aux cellules souches de la moelle osseuse qui créent le sang et les systèmes immunitaires. En particulier, il provoque des « aberrations chromosomiques » dans les lymphocytes . Comme ces cellules sont au cœur du système immunitaire , tout dommage affaiblit le système immunitaire, ce qui signifie qu'en plus d'une vulnérabilité accrue aux nouvelles expositions, les virus déjà présents dans le corps - qui seraient normalement supprimés - deviennent actifs. Dans l'espace, les lymphocytes T (une forme de lymphocyte) sont moins capables de se reproduire correctement, et les lymphocytes T qui se reproduisent sont moins capables de combattre l'infection. Au fil du temps, l'immunodéficience entraîne une propagation rapide de l'infection parmi les membres d'équipage, en particulier dans les zones confinées des systèmes de vol spatial.

Le 31 mai 2013, des scientifiques de la NASA ont signalé qu'une éventuelle mission humaine sur Mars pourrait impliquer un grand risque de rayonnement en fonction de la quantité de rayonnement de particules énergétiques détectée par le RAD du Mars Science Laboratory lors d'un voyage de la Terre à Mars en 2011-2012.

En septembre 2017, la NASA a signalé que les niveaux de rayonnement à la surface de la planète Mars ont été temporairement doublés et ont été associés à une aurore 25 fois plus lumineuse que toutes celles observées auparavant, en raison d'une tempête solaire massive et inattendue au milieu du mois. .

Apesanteur

Des astronautes à bord de l' ISS en apesanteur. Michael Foale peut être vu en train de faire de l'exercice au premier plan.

Suite à l'avènement des stations spatiales pouvant être habitées pendant de longues périodes, il a été démontré que l' exposition à l' apesanteur a des effets délétères sur la santé humaine. Les humains sont bien adaptés aux conditions physiques à la surface de la terre, et donc en réponse à l'apesanteur, divers systèmes physiologiques commencent à changer et, dans certains cas, à s'atrophier . Bien que ces changements soient généralement temporaires, certains ont un impact à long terme sur la santé humaine .

L' exposition à court terme à la microgravité provoque un syndrome d' adaptation spatiale , des nausées auto-limitantes causées par un dérèglement du système vestibulaire . L'exposition à long terme provoque de multiples problèmes de santé, l'un des plus importants étant la perte de masse osseuse et musculaire. Au fil du temps, ces effets de déconditionnement peuvent altérer les performances des astronautes, augmenter leur risque de blessure, réduire leur capacité aérobie et ralentir leur système cardiovasculaire . Comme le corps humain se compose principalement de fluides, la gravité a tendance à les forcer dans la moitié inférieure du corps, et notre corps dispose de nombreux systèmes pour équilibrer cette situation. Lorsqu'ils sont libérés de l'attraction de la gravité, ces systèmes continuent de fonctionner, provoquant une redistribution générale des fluides dans la moitié supérieure du corps. C'est la cause du « gonflement » du visage rond observé chez les astronautes. La redistribution des fluides autour du corps lui-même provoque des troubles de l'équilibre, une vision déformée et une perte du goût et de l'odorat.

Une expérience de la navette spatiale de 2006 a révélé que Salmonella typhimurium , une bactérie pouvant provoquer une intoxication alimentaire , devenait plus virulente lorsqu'elle était cultivée dans l'espace. Le 29 avril 2013, des scientifiques du Rensselaer Polytechnic Institute , financé par la NASA , ont rapporté que, pendant les vols spatiaux sur la Station spatiale internationale , les microbes semblaient s'adapter à l' environnement spatial d'une manière « non observée sur Terre » et d'une manière qui « peuvent conduire à des augmentations de croissance et de virulence ». Plus récemment, en 2017, les bactéries se sont révélées plus résistantes aux antibiotiques et prospéraient dans la quasi-apesanteur de l'espace. Il a été observé que des micro - organismes survivent au vide de l'espace extra-atmosphérique.

Mal des transports

Bruce McCandless II flottant librement en orbite avec une combinaison spatiale et une unité de manœuvre habitée .

Le problème le plus courant rencontré par les humains dans les premières heures d'apesanteur est connu sous le nom de syndrome d'adaptation spatiale ou SAS, communément appelé mal de l'espace. Elle est liée au mal des transports et survient lorsque le système vestibulaire s'adapte à l'apesanteur. Les symptômes du SAS comprennent des nausées et des vomissements , des vertiges , des maux de tête , une léthargie et un malaise général. Le premier cas de SAS a été signalé par le cosmonaute Gherman Titov en 1961. Depuis lors, environ 45% de toutes les personnes qui ont volé dans l'espace ont souffert de cette maladie.

Détérioration osseuse et musculaire

A bord de la Station spatiale internationale, l'astronaute Frank De Winne est attaché au COLBERT avec des sandows

Un effet majeur de l'apesanteur à long terme implique la perte de masse osseuse et musculaire . Sans les effets de la gravité, le muscle squelettique n'est plus nécessaire pour maintenir la posture et les groupes musculaires utilisés pour se déplacer dans un environnement d'apesanteur diffèrent de ceux nécessaires à la locomotion terrestre. Dans un environnement en apesanteur, les astronautes ne mettent presque aucun poids sur les muscles du dos ou les muscles des jambes utilisés pour se lever. Ces muscles commencent alors à s'affaiblir et finissent par devenir plus petits. Par conséquent, certains muscles s'atrophient rapidement et sans exercice régulier, les astronautes peuvent perdre jusqu'à 20 % de leur masse musculaire en seulement 5 à 11 jours. Les types de fibres musculaires proéminentes dans les muscles changent également. Les fibres d'endurance à contraction lente utilisées pour maintenir la posture sont remplacées par des fibres à contraction rapide à contraction rapide qui sont insuffisantes pour tout travail lourd. Les progrès de la recherche sur l'exercice, les suppléments hormonaux et les médicaments peuvent aider à maintenir la masse musculaire et corporelle.

Le métabolisme osseux change également. Normalement, l'os est déposé dans le sens des contraintes mécaniques. Cependant, dans un environnement de microgravité, il y a très peu de contraintes mécaniques. Cela se traduit par une perte de tissu osseux d' environ 1,5% par mois, en particulier au niveau des vertèbres inférieures, de la hanche et du fémur. En raison de la microgravité et de la diminution de la charge sur les os, il y a une augmentation rapide de la perte osseuse, de 3 % de perte osseuse corticale par décennie à environ 1 % chaque mois où le corps est exposé à la microgravité, pour un adulte par ailleurs en bonne santé. Le changement rapide de la densité osseuse est spectaculaire, ce qui rend les os fragiles et entraîne des symptômes qui ressemblent à ceux de l'ostéoporose. Sur Terre, les os sont constamment perdus et régénérés grâce à un système bien équilibré qui implique la signalisation des ostéoblastes et des ostéoclastes. Ces systèmes sont couplés, de sorte que chaque fois que l'os est brisé, des couches nouvellement formées prennent sa place - ni l'un ni l'autre ne devrait se produire sans l'autre, chez un adulte en bonne santé. Dans l'espace, cependant, il y a une augmentation de l'activité des ostéoclastes due à la microgravité. C'est un problème parce que les ostéoclastes décomposent les os en minéraux qui sont réabsorbés par le corps. Les ostéoblastes ne sont pas actifs consécutivement avec les ostéoclastes, ce qui entraîne une diminution constante de l'os sans récupération. Cette augmentation de l'activité des ostéoclastes a été observée en particulier dans la région pelvienne car c'est la région qui supporte la plus grande charge avec la gravité présente. Une étude a démontré que chez des souris saines, l'apparence des ostéoclastes a augmenté de 197 %, accompagnée d'une régulation négative des ostéoblastes et des facteurs de croissance connus pour aider à la formation d'os nouveau, après seulement seize jours d'exposition à la microgravité. Des niveaux élevés de calcium dans le sang provenant de l'os perdu entraînent une calcification dangereuse des tissus mous et une formation potentielle de calculs rénaux . On ne sait toujours pas si l'os récupère complètement. Contrairement aux personnes atteintes d'ostéoporose, les astronautes finissent par retrouver leur densité osseuse. Après un voyage de 3 à 4 mois dans l'espace, il faut environ 2 à 3 ans pour retrouver la densité osseuse perdue. De nouvelles techniques sont en cours de développement pour aider les astronautes à récupérer plus rapidement. La recherche sur l'alimentation, l'exercice et les médicaments peut potentiellement aider le processus de croissance de nouveaux os.

Pour éviter certains de ces effets physiologiques indésirables, l'ISS est équipé de deux tapis roulants (dont le COLBERT ), et de l'aRED (Advanced Resistive Exercise Device), qui permettent divers exercices d'haltérophilie qui ajoutent du muscle mais ne font rien pour la densité osseuse, et un vélo stationnaire ; chaque astronaute passe au moins deux heures par jour à s'entraîner sur l'équipement. Les astronautes utilisent des élastiques pour s'attacher au tapis roulant. Les astronautes soumis à de longues périodes d'apesanteur portent des pantalons avec des bandes élastiques fixées entre la ceinture et les poignets pour comprimer les os des jambes et réduire l'ostéopénie.

Actuellement, la NASA utilise des outils informatiques avancés pour comprendre comment contrer au mieux l'atrophie osseuse et musculaire subie par les astronautes dans des environnements de microgravité pendant des périodes prolongées. L'élément de contre-mesures pour la santé humaine du programme de recherche humaine a affrété le projet d'astronaute numérique pour enquêter sur des questions ciblées sur les régimes de contre-mesures d'exercice. La NASA se concentre sur l'intégration d'un modèle du dispositif d'exercice résistif avancé (ARED) actuellement à bord de la Station spatiale internationale avec des modèles musculo-squelettiques OpenSim d'humains s'exerçant avec l'appareil. L'objectif de ce travail est d'utiliser la dynamique inverse pour estimer les couples articulaires et les forces musculaires résultant de l'utilisation de l'ARED, et ainsi prescrire plus précisément des régimes d'exercices pour les astronautes. Ces couples articulaires et forces musculaires pourraient être utilisés conjointement avec des simulations informatiques plus fondamentales du remodelage osseux et de l'adaptation musculaire afin de modéliser plus complètement les effets finaux de ces contre-mesures et de déterminer si un régime d'exercice proposé serait suffisant pour maintenir la santé musculo-squelettique des astronautes. .

Redistribution fluide

Les effets de la microgravité sur la distribution des fluides autour du corps (fortement exagérés).
Le système de surveillance physiologique et cardiovasculaire Beckman des combinaisons Gemini et Apollo gonflerait et dégonflerait les brassards pour stimuler le flux sanguin vers les membres inférieurs
L'astronaute Clayton Anderson observe une bulle d'eau flotter devant lui à bord de la navette spatiale Discovery . La cohésion de l' eau joue un rôle plus important en microgravité que sur Terre

Dans l'espace, les astronautes perdent du volume de liquide, y compris jusqu'à 22 % de leur volume sanguin. Parce qu'il a moins de sang à pomper, le cœur s'atrophie . Un cœur affaibli entraîne une pression artérielle basse et peut produire un problème de "tolérance orthostatique", ou la capacité du corps à envoyer suffisamment d'oxygène au cerveau sans que l'astronaute ne s'évanouisse ou ne devienne étourdi. "Sous les effets de la gravité terrestre , le sang et d'autres fluides corporels sont attirés vers le bas du corps. Lorsque la gravité est supprimée ou réduite pendant l'exploration spatiale, le sang a plutôt tendance à s'accumuler dans le haut du corps, ce qui entraîne un œdème facial et d'autres effets indésirables. Au retour sur terre, le sang recommence à s'accumuler dans les membres inférieurs, ce qui entraîne une hypotension orthostatique . »

Perturbation des sens

Vision

En 2013, la NASA a publié une étude qui a révélé des changements dans les yeux et la vue des singes avec des vols spatiaux de plus de 6 mois. Les changements notés comprenaient un aplatissement du globe oculaire et des modifications de la rétine. La vue du voyageur de l'espace peut devenir floue après trop de temps dans l'espace. Un autre effet est connu sous le nom de phénomènes visuels des rayons cosmiques .

…[a] Une enquête de la NASA auprès de 300 astronautes masculins et féminins, environ 23% des astronautes en vol court et 49% des astronautes en vol long ont déclaré avoir eu des problèmes de vision de près et de loin au cours de leurs missions. Encore une fois, pour certaines personnes, les problèmes de vision ont persisté pendant des années.

—  NASA

Étant donné que la poussière ne peut pas se déposer en apesanteur, de petits morceaux de peau morte ou de métal peuvent pénétrer dans les yeux, provoquant une irritation et augmentant le risque d'infection.

Les longs vols spatiaux peuvent également altérer les mouvements oculaires d'un voyageur spatial (en particulier le réflexe vestibulo-oculaire ).

Pression intracrânienne

Parce que l'apesanteur augmente la quantité de liquide dans la partie supérieure du corps, les astronautes subissent une augmentation de la pression intracrânienne . Cela semble augmenter la pression sur le dos des globes oculaires, affectant leur forme et écrasant légèrement le nerf optique . Cet effet a été remarqué en 2012 dans une étude utilisant des IRM d'astronautes qui étaient revenus sur Terre après au moins un mois dans l'espace. De tels problèmes de vue pourraient être une préoccupation majeure pour les futures missions de vol dans l'espace lointain, y compris une mission en équipage sur la planète Mars .

Si effectivement une pression intracrânienne élevée en est la cause, la gravité artificielle pourrait présenter une solution, comme elle le serait pour de nombreux risques pour la santé humaine dans l'espace. Cependant, de tels systèmes gravitationnels artificiels doivent encore être prouvés. De plus, même avec une gravité artificielle sophistiquée, un état de microgravité relative peut subsister, dont les risques restent inconnus.

Goût

L'un des effets de l'apesanteur sur les humains est que certains astronautes signalent un changement dans leur sens du goût lorsqu'ils sont dans l'espace. Certains astronautes trouvent que leur nourriture est fade, d'autres trouvent que leurs aliments préférés n'ont plus aussi bon goût (un qui aimait tellement le café en mission qu'il a cessé de le boire après son retour sur Terre) ; certains astronautes aiment manger certains aliments qu'ils ne mangeraient pas normalement, et certains ne ressentent aucun changement. De nombreux tests n'ont pas identifié la cause et plusieurs théories ont été suggérées, notamment la dégradation des aliments et les changements psychologiques tels que l'ennui. Les astronautes choisissent souvent des aliments au goût fort pour lutter contre la perte de goût.

Effets physiologiques supplémentaires

En un mois, le squelette humain s'étend complètement en apesanteur, ce qui fait augmenter la taille d'un pouce. Après deux mois, les callosités sur la plante des pieds muent et tombent par manque d'utilisation, laissant une nouvelle peau douce. Les dessus des pieds deviennent, par contraste, bruts et douloureusement sensibles, car ils frottent contre les mains courantes auxquelles les pieds sont accrochés pour plus de stabilité. Les larmes ne peuvent pas couler en pleurant, car elles se collent en boule. En microgravité, les odeurs imprègnent rapidement l'environnement, et la NASA a découvert lors d'un test que l'odeur du sherry crémeux déclenchait le réflexe nauséeux. Divers autres inconforts physiques tels que les douleurs dorsales et abdominales sont courants en raison du réajustement à la gravité, où dans l'espace il n'y avait pas de gravité et ces muscles pouvaient s'étirer librement. Ceux-ci peuvent faire partie du syndrome d' asthénisation rapporté par les cosmonautes vivant dans l'espace sur une longue période de temps, mais considéré comme anecdotique par les astronautes. La fatigue, l'apathie et les soucis psychosomatiques font également partie du syndrome. Les données ne sont pas concluantes ; cependant, le syndrome semble exister en tant que manifestation du stress interne et externe auquel les équipages dans l'espace doivent faire face.

Effets psychologiques

Des études sur des cosmonautes russes, comme celles sur Mir , fournissent des données sur les effets à long terme de l'espace sur le corps humain.

Recherche

Les effets psychologiques de la vie dans l'espace n'ont pas été clairement analysés, mais des analogies existent sur Terre, comme les stations de recherche arctiques et les sous - marins . L'énorme stress de l'équipage, associé à l'adaptation du corps à d'autres changements environnementaux, peut entraîner de l'anxiété, de l'insomnie et de la dépression.

Stress

Il existe de nombreuses preuves que les facteurs de stress psychosociaux sont parmi les obstacles les plus importants au moral et aux performances optimales de l'équipage. Le cosmonaute Valery Ryumin , deux fois Héros de l'Union soviétique, cite ce passage du Manuel de l'Hymen d' O. Henry dans son livre autobiographique sur la mission Saliout 6 : cabine de dix-huit sur vingt pieds pendant un mois. La nature humaine ne le supportera pas. "

L'intérêt de la NASA pour le stress psychologique causé par les voyages dans l'espace, initialement étudié au début de leurs missions en équipage, s'est ravivé lorsque les astronautes ont rejoint les cosmonautes sur la station spatiale russe Mir. Les sources courantes de stress dans les premières missions américaines comprenaient le maintien de hautes performances sous le regard du public, ainsi que l'isolement des pairs et de la famille. Sur l'ISS, ce dernier est encore souvent une cause de stress, comme lorsque la mère de l' astronaute de la NASA Daniel Tani est décédée dans un accident de voiture, et lorsque Michael Fincke a été contraint de rater la naissance de son deuxième enfant.

Dormir

La quantité et la qualité du sommeil ressenti dans l'espace sont médiocres en raison des cycles de lumière et d'obscurité très variables sur les ponts d'envol et d'un mauvais éclairage pendant les heures diurnes dans le vaisseau spatial. Même l'habitude de regarder par la fenêtre avant de prendre sa retraite peut envoyer de mauvais messages au cerveau, ce qui entraîne de mauvaises habitudes de sommeil. Ces perturbations du rythme circadien ont des effets profonds sur les réponses neurocomportementales de l'équipage et aggravent les stress psychologiques qu'ils subissent déjà (voir Fatigue et perte de sommeil pendant les vols spatiaux pour plus d'informations). Le sommeil est régulièrement perturbé sur l' ISS en raison des exigences de la mission, telles que la programmation des véhicules spatiaux entrants ou sortants. Les niveaux sonores dans la station sont inévitablement élevés car l'atmosphère est incapable de thermosiphonner ; des ventilateurs sont nécessaires à tout moment pour permettre le traitement de l'atmosphère, qui stagnerait dans l'environnement en chute libre (zéro-g). Cinquante pour cent des astronautes de la navette spatiale ont pris des somnifères et ont quand même dormi 2 heures de moins chaque nuit dans l'espace qu'au sol. La NASA étudie deux domaines qui pourraient fournir les clés d'une meilleure nuit de sommeil, car un sommeil amélioré diminue la fatigue et augmente la productivité pendant la journée. Diverses méthodes de lutte contre ce phénomène font constamment l'objet de discussions.

Durée du voyage dans l'espace

Une étude du vol spatial le plus long a conclu que les trois premières semaines représentent une période critique où l'attention est affectée négativement en raison de la demande de s'adapter au changement extrême de l'environnement. Alors que les trois équipages de Skylab sont restés dans l'espace 1, 2 et 3 mois respectivement, les équipages à long terme sur Salyut 6, Salyut 7 et l'ISS restent environ 5 à 6 mois, tandis que les expéditions MIR duraient souvent plus longtemps. L'environnement de travail de l'ISS comprend un stress supplémentaire causé par le fait de vivre et de travailler dans des conditions exiguës avec des personnes de cultures très différentes qui parlent des langues différentes. Les stations spatiales de première génération avaient des équipages qui parlaient une seule langue, tandis que les stations de 2e et 3e générations ont des équipages de nombreuses cultures qui parlent plusieurs langues. L'ISS est unique car les visiteurs ne sont pas automatiquement classés dans les catégories « hôte » ou « invité » comme c'était le cas avec les stations et les engins spatiaux précédents, et peuvent ne pas ressentir le même sentiment d'isolement.

Usage futur

Les efforts de colonisation spatiale doivent tenir compte des effets de l'espace sur le corps humain.

La somme de l'expérience humaine a abouti à l'accumulation de 58 années solaires dans l'espace et à une bien meilleure compréhension de la façon dont le corps humain s'adapte. À l'avenir, l' industrialisation de l'espace et l'exploration des planètes intérieures et extérieures obligeront les humains à endurer des périodes de plus en plus longues dans l'espace. La majorité des données actuelles proviennent de missions de courte durée et certains des effets physiologiques à long terme de la vie dans l'espace sont donc encore inconnus. On estime qu'un voyage aller-retour vers Mars avec la technologie actuelle implique au moins 18 mois en transit seul. Savoir comment le corps humain réagit à de telles périodes dans l'espace est une partie vitale de la préparation de tels voyages. Les installations médicales à bord doivent être adéquates pour faire face à tout type de traumatisme ou d'urgence et contenir une grande variété d'instruments de diagnostic et médicaux afin de maintenir un équipage en bonne santé sur une longue période, car ce seront les seuls installations disponibles à bord d'un engin spatial pour faire face non seulement aux traumatismes, mais aussi aux réponses adaptatives du corps humain dans l'espace.

À l'heure actuelle, seuls les humains rigoureusement testés ont expérimenté les conditions de l'espace. Si la colonisation extraterrestre commence un jour, de nombreux types de personnes seront exposés à ces dangers, et les effets sur les très jeunes sont totalement inconnus. Le 29 octobre 1998, John Glenn, l'un des Mercury 7 originaux, est retourné dans l'espace à l'âge de 77 ans. Son vol spatial, qui a duré 9 jours, a fourni à la NASA des informations importantes sur les effets du vol spatial sur les personnes âgées. Des facteurs tels que les besoins nutritionnels et les environnements physiques qui n'ont pas encore été examinés deviendront importants. Dans l'ensemble, il existe peu de données sur les multiples effets de la vie dans l'espace, ce qui rend difficiles les tentatives d'atténuation des risques lors d'une longue habitation spatiale. Des bancs d'essai tels que l'ISS sont actuellement utilisés pour étudier certains de ces risques.

L'environnement de l'espace est encore largement inconnu, et il y aura probablement des dangers encore inconnus. Pendant ce temps, les technologies futures telles que la gravité artificielle et les systèmes de survie biorégénératifs plus complexes pourraient un jour être capables d'atténuer certains risques.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

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