Hypersole

Des astronautes se déchaussent pour la science :
une entrevue avec la Dre Leah Bent

Hypersole

HYPERSOLE – une combinaison habile des mots hypersensibility et sole (hypersensibilité et plante du pied, en anglais) – est un projet de recherche unique visant à documenter les changements dans la sensibilité de la peau chez huit astronautes de la NASA, avant et après leurs vols spatiaux. Parrainé par l'Agence spatiale canadienne, le projet est dirigé par la Dre Leah Bent, professeure agrégée du Département de la santé humaine et de la nutrition, Collège des sciences biologiques, Université de Guelph. À la veille du départ prévu de la mission STS-132 de la navette spatiale, elle a expliqué ce qu'a fait l'équipe du projet Hypersole dans les heures qui précéderont le lancement d'Atlantis, et dans les moments critiques juste après le retour de la navette sur Terre.

Q. Comment le projet Hypersole a-t-il vu le jour?

R. Je m'intéresse depuis un bon moment aux recherches sur le rôle que jouent la peau et le système vestibulaire dans l'équilibre. Mais il ne m'était jamais venu à l'idée de faire des tests sur des astronautes jusqu'à ce que l'astronaute canadien Dave Williams mentionne en 2007 avoir ressenti des picotements aux pieds durant sa mission spatiale de 1998 et pendant un court laps de temps après son retour sur Terre. Dave Williams nous avait confié que d'autres astronautes avaient ressenti la même chose lorsqu'ils étaient debout. Depuis, nous avons parlé à d'autres personnes qui ont voyagé dans l'espace. Une astronaute nous a raconté qu'elle ressentait un picotement soudain chaque fois que son pied entrait en contact avec le tapis roulant auquel elle s'attachait pour faire de l'exercice. Elle a souligné que cela se produisait surtout lorsque son pied était à pleine charge [en plein contact avec la surface du tapis roulant].

Q. C'est cette preuve empirique qui vous a amenée à soumettre huit astronautes à des tests formels à l'occasion des trois derniers vols de la navette de la NASA?

R. Oui, et je remercie l'Agence spatiale canadienne de son parrainage ainsi que la NASA pour son appui et ses activités de coordination. Nous amorçons les tests d'avant-vol et d'après-vol avec trois astronautes qui participent à la mission STS-132 de la navette Atlantis qui doit décoller le 14 mai. Nous effectuerons des tests identiques sur deux autres astronautes qui pendront part à la mission STS-133 de la navette Discovery en novembre (prévue en décembre), puis sur trois des membres de l'équipage de la mission STS-134 à bord d'Endeavour, le dernier vol de la navette, qui doit avoir lieu en février 2011.

Q. Combien de temps dure la sensation après le retour des astronautes sur Terre?

R. Nous ne le savons pas encore. Ça varie d'une personne à une autre. Quelques jours, tout au plus, après un vol de longue durée. Les membres des équipages des missions de courte durée la sentent pendant plus ou moins une journée avant de revenir à des niveaux de référence.

Q. Qu'est-ce que ces tests vous donneront comme données scientifiques solides?

R. Nous commençons avec plusieurs hypothèses basées sur nos recherches antérieures et sur ce que nous avons appris au cours de conversations informelles avec des membres d'équipage. Selon une de ces hypothèses, la sensibilité de la peau est accrue après un vol dans l'espace. Selon une autre, cet accroissement correspond à des pertes d'équilibre liées à l'information vestibulaire (provenant de l'oreille interne) qui nous permet de maintenir notre équilibre.

Q. Vous ne pouvez pas déterminer si ce sont plus que de simples hypothèses?

R. Jusqu'ici, ce type de sensibilité accrue dans l'espace n'est basé que sur des perceptions. Nous avons conçu nos tests afin de documenter formellement, pour la première fois, comment changent les stimuli de la peau à la plante des pieds lors d'un voyage dans l'espace, ainsi que les conséquences potentielles de ces changements sur le contrôle de l'équilibre. En bref, les tests nous aideront à déterminer si cette hypersensibilité est bien réelle ou non. Pour ce faire, nous allons d'abord recueillir des données de base – ce que ressentent les astronautes avant le lancement – puis comparer ces données à la sensibilité des membres d'équipage après leur retour.

Q. Selon les données non scientifiques recueillies jusqu'ici, qu'est-ce qui semble se passer?

R. Nous pensons que certains systèmes sensoriels compensent les uns pour les autres. Étant donné que les astronautes sont dans l'espace, en microgravité, leur système vestibulaire fonctionne différemment. Ils ne reçoivent pas d'information de l'oreille interne, alors ils doivent se fier à d'autres systèmes sensoriels, comme de l'information visuelle ou tactile.

Sur Terre, le système vestibulaire et l'information cutanée (obtenue de la peau) des pieds nous donnent des renseignements sur notre position dans un champ gravitationnel – c'est ainsi que nous pouvons distinguer le haut du bas. En microgravité, nous pensons que la peau pourrait compenser la perte de l'information provenant du système vestibulaire. Le système nerveux se dit alors « Bon, je n'ai pas d'information du système vestibulaire, il faut rehausser l'apport de tous les autres systèmes pour compenser ». Si le corps ajuste ou amplifie sélectivement un ou plusieurs récepteurs de la peau, nous en saurons plus long sur les récepteurs qui jouent un rôle important dans l'équilibre, les mouvements et la stabilité sur Terre.

Q. Qu'est-ce que ces travaux de recherche pourraient nous apprendre sur le vieillissement?

R. Bon nombre des changements qui se manifestent pendant un voyage dans l'espace ressemblent à ce que l'on constate dans le vieillissement. Par exemple, les aînés se fient plus sur leur vision afin de compenser la détérioration des réflexes vestibulaires – le système sensoriel qui contribue à notre équilibre et à notre sens de l'orientation dans un espace tridimensionnel. Dans le même ordre d'idées, vu que le vol spatial réduit les stimuli gravitationnels dans le système vestibulaire, les systèmes des astronautes doivent aussi réévaluer les autres informations sensorielles.

Nous devons documenter formellement la sensibilité de la peau en ce qui a trait au vol dans l'espace. Ici, sur Terre, la sensibilité de notre peau diminue avec l'âge. Un des phénomènes intéressants qui se manifestent dans l'espace est que les changements que l'on constate s'opèrent dans le sens opposé. La peau devient plus sensible.

De plus, on ne sait pas comment l'information est pondérée chez les aînés. Ou si une hausse de la sensibilité de la peau améliore réellement la stabilité de la posture.

Par conséquent, le vol dans l'espace est une occasion unique d'examiner l'augmentation de la sensibilité cutanée comme façon d'identifier le mécanisme qui nous permet d'utiliser la peau pour assurer le contrôle de notre posture.

En fait, nous prévoyons que des travaux de recherche portant sur des astronautes en bonne santé qui constatent des changements physiques en apesanteur nous donneront un modèle qui servira dans des travaux futurs portant sur le vieillissement.

Q. Pourquoi la sensibilité de la peau change-t-elle avec l'âge?

R. À mesure que nous vieillissons, la réduction de l'information relayée par les capteurs de notre peau peut entraîner une perte du contrôle de l'équilibre et des chutes plus fréquentes. Nous essayons toujours de déterminer si cela est causé par des changements de la peau proprement dite ou des récepteurs. Certaines informations suggèrent que le nombre de récepteurs diminue avec l'âge. D'autres nous portent à croire qu'il y aurait un ralentissement de l'information provenant de ces récepteurs. Il est donc possible que les récepteurs fonctionnent comme avant, mais que les signaux se rendent plus lentement jusqu'au cerveau ou à la moelle épinière.

Q. Qu'est-ce qu'un récepteur, au juste?

R. Il existe quatre types de récepteurs différents dans la peau glabre (sans poils) du pied qui nous donnent de l'information sur les contacts avec la peau, la pression d'indentation, les glissements et l'étirement de la peau. Deux récepteurs font partie d'un groupe appelé les corpuscules, que l'on peut décrire comme étant de petits ballons remplis de liquide. Tout particulièrement, le corpuscule de Pacini réagit à la force comme un ballon rempli d'eau. Une force appliquée à l'extérieur est facilement transmise au centre, où se trouve la terminaison nerveuse. Cette terminaison envoie un signal et le liquide s'immobilise. Si vous enlevez votre doigt du ballon, le liquide se déplace à nouveau et le récepteur envoie un autre signal. Il s'agit de récepteurs à adaptation rapide et ils réagissent au contact avec une surface.

Un troisième type de récepteur, appelé disque de Merkel, compte plusieurs terminaisons nerveuses et agit plutôt comme tensiomètre. Si vous comprimez la peau, il réagit à la compression, ce qui lui fait envoyer plus de signaux. Le dernier type de récepteur, la terminaison de Ruffini, réagit à l'étirement de la peau en surface.

Q. Dans quelles conditions va-t-on tester les astronautes?

R. Le premier test aura lieu sur place avant chaque lancement. Les astronautes seront confortablement assis, avec un pied nu, pendant que nous feront trois tests différents. Bien entendu, il n'y aura pas de tests en cours de vol – certaines pièces d'équipement sont trop encombrantes – mais si tout ce passe bien, cela pourrait changer un jour. Nous ferons les mêmes tests environ une heure après le retour sur Terre. Le facteur temps est essentiel ici : dans la mesure du possible, les astronautes doivent éviter de se tenir debout. L'objectif visé est de documenter les changements de la sensibilité de la peau qui se seront produits pendant le vol, avant que les astronautes ne s'adaptent de nouveau à la gravité terrestre.

Q. Quel est le premier test?

R. C'est un test visant à déterminer le seuil de sensibilité aux vibrations. On mesure la sensibilité vibrotactile sur tout le pied. Les astronautes placent leur pied sur une plaque, sous laquelle se trouve un vibrateur cylindrique. Une sonde à pointe arrondie monte par un trou pratiqué dans la plaque jusqu'à ce qu'elle s'appuie contre le pied. Pendant le test, le vibrateur fera vibrer la sonde et les membres d'équipage nous diront s'ils ressentent la vibration en poussant sur un déclencheur. Au début, on utilisera une amplitude assez grande – un déplacement de 1 millimètre – pour qu'ils puissent la sentir. Ensuite, nous réduirons l'amplitude jusqu'à ce qu'ils ne puissent plus sentir la vibration. Le test sera effectué à quatre fréquences différentes pour tenter de mesurer la sensibilité des quatre récepteurs différents.

Les origines de ce test remontent aux premières études de microneurographie de la main au début des années 1980. Les chercheurs ont pu déterminer comment les différents récepteurs de la peau réagissent à des vibrations à fréquences différentes. Ils ont constaté que chaque type de récepteur réagit surtout à une fréquence particulière. Lorsque nous testerons les astronautes, nous pourrons utiliser cette information (la fréquence à laquelle ils seront le plus sensibles) pour établir lequel des quatre types de récepteurs subit le plus l'influence de la microgravité.

Q. Les vibrations chatouillent-elles?

R. Tous les astronautes ont posé cette question! Ça chatouille un peu, surtout aux fréquences supérieures. Mais nous avons une solution pour atténuer tout inconfort possible. Au début, nous appliquons une précharge d'environ deux newtons à la plante du pied [1 kilogramme correspond à environ 10 newtons]. C'est-à-dire que nous appuierons la sonde sur la peau, de façon à causer une légère dépression de la peau. Nous lancerons les vibrations lorsque nous atteindrons une charge de 2 newtons, ce qui n'est vraiment pas une forte pression. Si nous commencions à faire vibrer la sonde lorsqu'elle effleure à peine la peau, ça chatouillerait beaucoup plus.

Q. Ça chatouille juste d'y penser.

R. En fait, il y a une autre bonne raison d'appliquer la précharge. Nous voulons que chacun des récepteurs commence sur un pied d'égalité. Certains récepteurs à adaptation rapide réagissent au contact. Si nous appuyons la sonde sur tous les récepteurs avec la même intensité, ils commencent tous au même point.

Q. Qu'est-ce que le test de sensibilité statique?

R. C'est un test secondaire qui nous donne de l'information sur les seuils statiques. Nous appuierons sur la peau du pied avec un ensemble de 17 monofilaments – un peu comme des fils à pêche en nylon. L'appareil ressemble beaucoup à une brosse à dents. Au bout, il y a un monofilament en nylon qui ressort perpendiculairement. Chaque monofilament est appliqué à la peau et il est étalonné de façon à fléchir lorsqu'il subit une force connue. Les astronautes réagiront de vive voix lorsqu'ils sentiront chaque contact et cela nous dira la force que peuvent percevoir les astronautes à chacun des endroits testés.

Q. Et enfin, qu'est-ce que le test d'équilibre?

R. C'est un test normalisé qu'effectue la NASA dans le cadre de ses examens médicaux. C'est un test d'organisation sensorielle. Aux fins de notre test, les astronautes se tiendront debout sur une plaque à « oscillation référencée ». Lorsqu'ils appuient sur la plaque, cette dernière bascule avec eux. Ils fermeront les yeux pour qu'ils ne puissent pas se servir de leur vision. Lorsque la plaque basculera sous leurs pieds, l'oscillation référencée empêchera les astronautes de se servir de l'étirement musculaire pour garder leur équilibre. Cela les forcera à se fier davantage à l'information vestibulaire, provenant de l'oreille interne, pour savoir où se trouve la verticale. Nous pourrons voir comment ils réussissent à garder l'équilibre dans cette situation

Ce sera tout un défi pour certains astronautes après un séjour dans l'espace car le système vestibulaire n'aura pas fini de se réadapter à la gravité terrestre. Nous voulons voir s'il y a une corrélation entre une sensibilité cutanée accrue ou modifiée et des changements dans l'équilibre. Cela nous indiquera que des récepteurs cutanés peuvent compenser le manque d'information vestibulaire.

Q. Pouvez-vous nous donner quelques-uns des avantages que présentent ces travaux de recherche?

R. Tout d'abord, ils nous permettront d'accroître notre base de connaissances. On a déjà fait des tests sur le seuil de sensibilité chez des aînés et des jeunes. Une meilleure connaissance de l'incidence qu'a un apport cutané accru sur l'équilibre nous permettra d'améliorer les théories actuelles sur la contribution de la peau au contrôle de la posture. Elle nous aidera aussi à améliorer les interventions actuelles qui impliquent une amplification de l'information des récepteurs de la peau.

Il est possible que le corps puisse activer ou sensibiliser un ou deux de ces récepteurs particuliers, plutôt que de les sensibiliser tous. S'il y a une hausse sélective de la sensibilité, nous espérons pouvoir identifier un ou deux des récepteurs les plus importants. De cette façon, si la population vieillissante est atteinte d'une baisse de tous les récepteurs cutanés, nous pourrions peut-être essayer d'en activer un ou deux, au lieu de les viser tous.

Il y a des points communs entre le vol dans l'espace et l'alitement. Le premier est évident : les pieds ne supportent aucun poids. Un de mes collègues chercheurs a mené plusieurs tests sur l'alitement. Il s'intéressait surtout à la régulation de la tension artérielle. Nous avons pu en profiter pour effectuer des tests de sensibilité sur ces personnes, et ces tests nous ont aidés à établir des plages de test structurées pour le projet Hypersole. Les renseignements recueillis dans le cadre du projet Hypersole seront ajoutés aux protocoles existants sur l'alitement.

Il pourrait aussi y avoir des avantages pour les athlètes. Je ne sais pas à quel point on peut améliorer le système d'une personne qui fonctionne déjà à son maximum. Cela dit, nous savons que les récepteurs fonctionnent moins bien lorsqu'ils sont froids. Par exemple, il arrive souvent que les skieurs aient froid aux pieds. Les skieurs olympiques s'intéresseraient sûrement à des façons de ramener ces récepteurs à un niveau de fonctionnement normal ou sain.

Q. Comment cela aidera-t-il l'avenir de l'exploration spatiale?

R. Nous espérons apprendre s'il existe une relation étroite entre des changements de la sensibilité et l'équilibre. Si c'est le cas, est-ce une amélioration ou pas?

Assurément, ce n'est pas une simple question de sensibilité de la peau. Bon nombre d'autres systèmes sensoriels sont en jeu. Quoi qu'il en soit, nous en apprendrons un peu plus et, s'il y a des changements, nous pourrons commencer à réfléchir à des solutions possibles. Pour le moment, nous n'avons que des questions : Doit-on s'en préoccuper? Est-ce que cela pourrait avoir une incidence sur la façon dont les astronautes effectuent leurs activités extravéhiculaires (EVA)? Si c'est le cas, quelle est la meilleure façon de les aider à améliorer la situation?

Q. Avez-vous des suggestions à nous faire pour que nous puissions maintenir le fonctionnement et la santé de nos pieds et de nos récepteurs cutanés?

R. Et bien, ma grand-mère a 97 ans et elle se met de la crème sous les pieds tous les jours et tous les soirs. Et je lui dis que c'est la raison pour laquelle elle peut toujours marcher! Je suis sûre que ça l'aide, vu les changements que subit l'intégrité de notre peau à mesure que nous vieillissons. Alors trouvez-vous une bonne bouteille de crème.

Revenez-nous voir très bientôt pour connaître la réponse.