Comment le système immunitaire réagit-il à la gravité modifiée ?

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Les voyages spatiaux ont toujours testé le corps humain par les effets des nouvelles conditions de gravité altérée sur les systèmes biologiques. On sait depuis longtemps que l’exposition continue à la microgravité conditionne la physiologie humaine et provoque des effets qui compromettent les fonctions musculaires, sensorielles, endocriniennes et cardiovasculaires. Mais est-il également risqué d’être exposé à une gravité altérée pendant de courtes périodes ?

Maintenant, un article publié dans la revue Acta Astronautique examine les effets sur le système immunitaire humain de la microgravité générée par un vol parabolique. Après une courte exposition à une gravité altérée, il n’y a eu aucun changement significatif dans la capacité défensive des cellules sanguines chez les volontaires qui ont participé à l’étude. De plus, l’étude n’a trouvé aucune preuve de processus d’agrégation dans les érythrocytes – les cellules qui transportent l’O2 et Cie2 au système cardiovasculaire — après le vol parabolique.

L’étude a été coordonnée par Ginés Viscor, professeur au Département de biologie cellulaire, physiologie et immunologie de la Faculté de biologie de l’Université de Barcelone, et a inclus la participation des experts Jordi Petriz, de l’Institut de recherche allemand Trias i Pujol (IGTP ), et Antoni Pérez-Poch, de l’Université technique de Catalogne-BarcelonaTech (UPC) et de l’Institut d’études spatiales de Catalogne (IEEC), entre autres auteurs. Le premier auteur de l’étude est le chercheur Abril Gorgori-González (UB). Il comptait sur le soutien du Service médical du Bureau de la sécurité, de la santé et de l’environnement (OSSMA) de l’UB, de l’Aeroclub Barcelona-Sabadell et de la société Thermo Fisher Scientific.

Vols paraboliques : un laboratoire de gravité simulée

Les voyages dans l’espace sont le scénario idéal pour étudier l’effet de la microgravité sur le corps humain. Ces voyages permettent d’étudier simultanément les conséquences d’une exposition à long terme à la microgravité sur différents astronautes, mais ils nécessitent un coût élevé en termes de temps, de financement et d’infrastructure. Sans quitter l’atmosphère terrestre, il est également possible de simuler des conditions de gravité simulées sur différentes plates-formes. Par exemple, grâce aux vols paraboliques dans les avions, qui permettent d’étudier l’effet de la microgravité altérée à court terme – même pour quelques secondes – à un coût abordable.

« Les plateformes artificielles telles que les vols paraboliques dans les avions fournissent des résultats précieux mais plus limités, car ils ne permettent d’étudier les effets de la gravité altérée qu’à court terme (secondes ou minutes). Ainsi, les profils de changements physiologiques qui peuvent être recréés avec les vols paraboliques sont des changements immédiats et transitoires que la microgravité génère dans le corps humain », explique Ginés Viscor, responsable du groupe de physiologie adaptative : exercice, hypoxie et santé à l’UB.

Dans le cadre de l’étude, un vol parabolique de 20 minutes a été réalisé avec l’avion Mudry CAP10 – un avion d’entraînement à la voltige biplace – au cours duquel quinze paraboles ont été réalisées. « Chaque parabole permet d’atteindre une période de microgravité d’environ huit secondes, qui est suivie et précédée de phases d’hypergravité d’environ deux secondes », explique le chercheur Antoni Pérez-Poch, du Département d’informatique de l’UPC, et maître de conférences. de l’École d’Ingénierie de Barcelone Est (EEBE) de l’UPC et de l’IEEC.

Ces vols paraboliques avec un avion de voltige – une méthode pionnière dans le monde, développée en Catalogne – ont été opérés par l’Aeroclub Barcelona-Sabadell et sont le résultat d’une recherche aéronautique menée en collaboration avec l’UPC. « Cette technique innovante présente un bon rapport temps réalisé en microgravité par rapport au coût de maintenance, ce qui est très favorable par rapport à l’utilisation plus importante des aéronefs, même si elle présente également certaines limites (logistiques et spatiales). Dans le cas des vols paraboliques avec un avion plus gros, une opération plus coûteuse qui est utilisée depuis le début de la course à l’espace par des agences telles que la NASA ou l’ESA (Agence spatiale européenne), jusqu’à 25 secondes par parabole pourraient être réalisées », explique Pérez-Poch.

Fonction immunitaire sous pression

Les effets immédiats de la microgravité sur le système sanguin proviennent de la redistribution du volume sanguin, du débit sanguin et des fluides corporels vers le haut du corps. « Les adaptations cardiovasculaires consistent en une réponse cardiovasculaire altérée provoquant des anomalies de l’orientation et de l’équilibre du corps, une mauvaise réponse au stress orthostatique, une diminution de la fonction cardiaque et une réponse cardiovasculaire inadéquate à l’exercice », explique Ginés Viscor.

L’un des systèmes physiologiques les plus vulnérables à tout changement des conditions environnementales est le système immunitaire, et cela s’explique par sa grande plasticité et sa réactivité aux déséquilibres internes et externes. Dans la littérature scientifique, il n’existe toujours pas de résultats concluants sur la réponse immunitaire à une courte exposition lors de vols à gravité altérée, et dans certains cas les conclusions sont même contradictoires.

Dans cette étude, l’équipe a analysé la réponse du système immunitaire à une courte exposition à la microgravité en fonction de plusieurs paramètres : numération des érythrocytes et des leucocytes, concentration en hémoglobine, capacité phagocytaire et métabolisme oxydatif.

« Les résultats révèlent que l’exposition des échantillons de sang humain à des conditions de gravité modifiées en vol parabolique n’a pas entraîné d’effets négatifs par rapport aux échantillons qui ont été laissés parallèlement au sol pendant l’étude expérimentale. Il n’y a pas non plus de changements significatifs dans le nombre de cellules sanguines périphériques. « , déclare Jordi Petriz (IGTP).

« À l’exception des monocytes – un type de leucocytes – aucune différence significative n’a été observée dans la fonctionnalité des cellules immunitaires en termes de métabolisme oxydatif ou de capacité phagocytaire », explique la chercheuse Abril Gorgori-González (UB). « En théorie, s’il y avait des changements dans la fonctionnalité des leucocytes lorsqu’ils sont exposés à une gravité altérée, la fonction immunitaire et la défense contre les infections externes ou les processus tumoraux seraient également compromises. »

L’équipe a appliqué la technique de la cytométrie en flux avec focalisation acoustique avec peu de manipulation des échantillons sanguins des volontaires. Selon les auteurs, la limitation de l’échantillon typique des études de vol acrobatique – avec des contraintes logistiques – ne permet pas de tirer des conclusions générales. L’objectif est donc désormais de poursuivre les recherches sur le système immunitaire humain avec d’autres plateformes de simulation en microgravité pour étudier les altérations physiologiques, éviter les complications et anticiper les situations à risque.

Avertissement aux touristes de l’espace

Le tourisme spatial est une activité de grand intérêt économique pour certains secteurs d’activité. Cependant, l’une des principales différences entre les touristes spatiaux et les astronautes est la préparation physique et psychologique avant le voyage.

« La gravité altérée ou l’absence constante de gravité est l’un des nombreux changements dans l’environnement auxquels sont confrontés ces voyageurs de l’espace. Le corps humain a évolué dans les conditions de la gravité terrestre et n’est pas adapté à l’absence de cette force d’attraction. Dans les voyages spatiaux, d’autres facteurs tels que les rayonnements ionisants, le bruit constant, l’isolement, le confinement, une distorsion totale des rythmes circadiens et une courte exposition à des températures extrêmes lors du retour à l’atmosphère doivent être pris en compte », préviennent les experts.

« Des problèmes métaboliques, d’ostéoporose et ophtalmologiques à long terme ont également été décrits. Bien que l’effet des voyages spatiaux sur les voyageurs spatiaux non formés n’ait pas été étudié, il est possible que tous les facteurs de stress de l’environnement physique puissent affecter négativement la santé des touristes spatiaux. Par conséquent, pour le moment, les « visites dans l’espace extra-atmosphérique » sont conçues pour être de courte durée », conclut l’équipe.

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