La NASA s’est engagée à envoyer des humains sur Mars d’ici les années 2030. C’est un objectif ambitieux quand on pense qu’un voyage aller-retour typique durera entre trois et six mois et que les équipages devront rester sur la planète rouge jusqu’à deux ans avant que l’alignement planétaire ne permette le retour chez eux. Cela signifie que les astronautes doivent vivre en gravité (micro) réduite pendant environ trois ans – bien au-delà du record actuel de 438 jours continus dans l’espace détenu par le cosmonaute russe Valery Polyakov.
Au début des voyages spatiaux, les scientifiques ont travaillé dur pour trouver comment vaincre la force de gravité afin qu’une fusée puisse se catapulter en s’affranchissant de l’attraction terrestre pour faire atterrir des humains sur la Lune. Aujourd’hui, la gravité reste au premier plan des préoccupations scientifiques, mais cette fois, nous nous intéressons davantage à la manière dont la gravité réduite affecte la santé des astronautes, et notamment leur cerveau. Après tout, nous avons évolué pour exister dans le cadre de la gravité terrestre (1 g), pas dans l’apesanteur de l’espace (0 g) ou la microgravité de Mars (0,3 g).
Alors, comment exactement le cerveau humain fait-il face à la microgravité ? Mal, en un mot – bien que les informations à ce sujet soient limitées. C’est surprenant, car nous connaissons bien le visage des astronautes qui devient rouge et gonflé en apesanteur – un phénomène affectueusement connu sous le nom d' »effet Charlie Brown », ou « syndrome des jambes d’oiseau à la tête bouffie ». Ce phénomène est dû au fluide constitué principalement de sang (cellules et plasma) et de liquide céphalo-rachidien qui se déplace vers la tête, ce qui leur donne un visage rond et bouffi et des jambes plus fines.
Ces déplacements de fluides sont également associés au mal des transports spatiaux, à des maux de tête et à des nausées. Ils ont également, plus récemment, été liés à une vision floue due à une accumulation de pression lorsque le flux sanguin augmente et que le cerveau flotte vers le haut à l’intérieur du crâne – une condition appelée déficience visuelle et syndrome de pression intracrânienne. Même si la NASA considère ce syndrome comme le principal risque sanitaire pour toute mission vers Mars, comprendre ce qui le provoque et – question encore plus difficile – comment le prévenir, reste encore un mystère.
Alors, où se situe ma recherche dans tout cela ? Eh bien, je pense que certaines parties du cerveau finissent par recevoir beaucoup trop de sang parce que l’oxyde nitrique – une molécule invisible qui flotte habituellement dans la circulation sanguine – s’accumule dans la circulation sanguine. Les artères qui alimentent le cerveau en sang se détendent alors et s’ouvrent trop. En raison de cette augmentation incessante du flux sanguin, la barrière hémato-encéphalique – l' »amortisseur » du cerveau – peut être dépassée. Cela permet à l’eau de s’accumuler lentement (une condition appelée œdème), provoquant un gonflement du cerveau et une augmentation de la pression qui peut également être aggravée en raison des limites de sa capacité de drainage.
Pensez-y comme à une rivière qui déborde de ses berges. Le résultat final est que l’oxygène n’arrive pas assez vite dans certaines parties du cerveau. C’est un gros problème qui pourrait expliquer pourquoi la vision est floue, ainsi que les effets sur d’autres compétences, y compris l’agilité cognitive des astronautes (comment ils pensent, se concentrent, raisonnent et se déplacent).
Un voyage dans la « comète à vomir »
Pour savoir si mon idée était bonne, nous devions la tester. Mais plutôt que de demander à la NASA un voyage sur la lune, nous avons échappé aux liens de la gravité terrestre en simulant l’apesanteur dans un avion spécial surnommé la « comète à vomir ».
En montant puis en plongeant dans l’air, cet avion effectue jusqu’à 30 de ces « paraboles » en un seul vol pour simuler la sensation d’apesanteur. Elles ne durent que 30 secondes et je dois admettre que c’est très addictif et qu’on a vraiment le visage gonflé !
Avec tout l’équipement solidement fixé, nous avons pris des mesures sur huit volontaires qui ont fait un seul vol par jour pendant quatre jours. Nous avons mesuré le flux sanguin dans différentes artères qui alimentent le cerveau à l’aide d’un échographe doppler portable, qui fonctionne en faisant rebondir des ondes sonores à haute fréquence sur les globules rouges en circulation. Nous avons également mesuré les niveaux d’oxyde nitrique dans des échantillons de sang prélevés dans la veine de l’avant-bras, ainsi que d’autres molécules invisibles comprenant des radicaux libres et des protéines spécifiques au cerveau (qui reflètent les dommages structurels du cerveau) qui pourraient nous indiquer si la barrière hémato-encéphalique a été forcée.
Nos premiers résultats ont confirmé ce que nous avions prévu. Les niveaux d’oxyde nitrique ont augmenté après des épisodes répétés d’apesanteur, et cela a coïncidé avec une augmentation du flux sanguin, en particulier dans les artères qui alimentent l’arrière du cerveau. Cela a forcé l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique, bien qu’il n’y ait eu aucune preuve de dommages structurels au cerveau.
Nous prévoyons maintenant de suivre ces études avec des évaluations plus détaillées des déplacements du sang et des fluides dans le cerveau en utilisant des techniques d’imagerie telles que la résonance magnétique pour confirmer nos résultats. Nous allons également explorer les effets de contre-mesures telles que les pantalons de succion en caoutchouc – qui créent une pression négative dans la moitié inférieure du corps dans l’idée qu’ils peuvent aider à « aspirer » le sang du cerveau de l’astronaute – ainsi que des médicaments pour contrer l’augmentation de l’oxyde nitrique. Mais ces découvertes ne vont pas seulement améliorer les voyages dans l’espace – elles peuvent également fournir des informations précieuses sur les raisons pour lesquelles la « gravité » de l’exercice est un bon médicament pour le cerveau et comment elle peut protéger contre la démence et les accidents vasculaires cérébraux à un âge plus avancé.