Les études TBone : les effets de la microgravité sur la masse osseuse des astronautes
L'étude canadienne TBone a fait appel à une technologie d'imagerie 3D pour examiner les changements que subit la masse osseuse des astronautes durant leur séjour dans l'espace. L'étude TBone2 permettra de poursuivre ce travail.
Résultats
L'étude TBone a confirmé que la perte osseuse chez les astronautes de la Station spatiale internationale, même s'ils suivent un programme d'exercice quotidien, progresse proportionnellement à la durée de leur mission. En microgravité, le vieillissement du squelette d'un astronaute s'accélère au cours d'une mission de six mois comme si c'était près de 20 ans de perte osseuse sur Terre. Selon les résultats de l'étude, faire plus d'exercice dans l'espace qu'avant la mission contribuerait à mieux préserver la solidité des os en l'absence de gravité terrestre.
Les données collectées pendant l'étude TBone a aussi permis à des chercheurs canadiens, américains et allemands d'examiner la structure des tibias de 14 astronautes pendant une période pouvant aller jusqu'à un an après leur retour du Terre. Voici ce que révèle leur analyse.
- Même un an après leur retour sur Terre, plus de 50 % des astronautes sujets de l'étude TBone n'avaient pas récupéré la densité osseuse antérieure à leur mission.
- Les astronautes qui ont passé moins de six mois dans l'espace ont récupéré plus de masse osseuse que ceux qui y sont restés plus longtemps.
- Le vieillissement des os est différent dans l'espace et sur Terre ! Les chercheurs ont remarqué des différences entre la perte osseuse causée par la microgravité et celle qui se produit naturellement avec l'âge. Sur Terre, la partie externe de l'os se fragilise plus vite que la partie interne avec l'âge. Mais dans l'espace, c'est l'inverse : la partie interne de l'os se fragilise plus vite que la partie externe.
Ces résultats ont des retombées importantes pour les astronautes des futures missions spatiales dans l'espace lointain, comme sur Mars, et aussi pour les patients sur Terre immobilisés ou blessés pendant une longue période.
Contexte
Nos os se régénèrent continuellement sous l'effet de nos activités physiques quotidiennes. Les os sont faits pour soutenir le poids du corps sur Terre : ils doivent contrer la gravité.
Pendant les vols spatiaux de longue durée, le corps n'a plus besoin de faire autant d'effort, non seulement à cause de la microgravité, mais aussi parce que l'activité physique est réduite. Il n'arrive donc plus à compenser la perte de la masse osseuse.
Alors que les adultes de plus de 50 ans perdent en moyenne environ 1 % de leur masse osseuse chaque année (un processus pouvant mener à l'ostéoporose), les astronautes en mission peuvent en perdre jusqu'à 1,5 % par mois. Heureusement, cette perte est inversée en grande partie une fois de retour sur Terre.
Les chercheurs veulent savoir si la perte osseuse atteint son pic au cours des six premiers mois dans l'espace et si elle se poursuit dans les cas où les astronautes prolongent leur mission.
L'équipe scientifique de l'étude TBone souhaitaient déterminer l'effet du cycle « perte osseuse/régénération » sur la solidité des os et la qualité de la masse osseuse à long terme. Les chercheurs de TBone2 continueront d'examiner ce cycle : cette fois, certains astronautes participants seront en mission de longue durée (jusqu'à un an) à la Station spatiale internationale.
Des études comme TBone et TBone2 :
- pourraient aider à maintenir les astronautes en santé pendant de très longues missions spatiales;
- pourraient rendre possibles des missions habitées dans l'espace lointain;
- permettraient aux spécialistes de déterminer qui sur Terre est susceptible de souffrir de perte osseuse à cause de l'inactivité.
Les effets de l'impesanteur sur les os avec l'astronaute Tim Peake. (Sources : Agence spatiale canadienne, NASA, Agence spatiale européenne.)
Les os contiennent une structure alvéolaire qui les rend solides et leur permet de soutenir le corps. La marche, la danse, le hockey ou toute autre activité physique nécessite de déployer une certaine force contre la gravité pour supporter le poids du corps, ce qui régénère les os et renforce le squelette. La sédentarité mène à une diminution de la densité des os et donc de leur solidité.
Objectifs
TBone
Les chercheurs de l'étude TBone ont utilisé l'imagerie à haute résolution pour :
- examiner dans quelle mesure la microgravité modifie la structure interne des os;
- savoir comment les changements se sont résorbés quand les astronautes sont revenus sur Terre;
- créer une liste de facteurs pouvant aider les médecins à prédire qui est susceptible de perdre davantage de masse osseuse et ainsi le plus à risque de subir une fracture.
TBone2
Les chercheurs de l'étude TBone2 :
- pprofondiront les connaissances acquises lors de l'étude TBone et suivront des astronautes à la Station spatiale internationale en mission de diverses durées (courte durée, six mois et un an);
- aideront à déterminer les risques posés par les missions de très longue durée, qui seront plus courantes dans l'avenir.
Retombées sur Terre
« Ce que nous apprenons en six mois de vol spatial prendrait dix ans sur Terre
». Pr Steven Boyd, chercheur principal de l'étude TBone.
Grâce à l'étude TBone, les chercheurs ont pu mieux comprendre des maladies comme l'ostéoporose, une affection caractérisée par une diminution de la masse osseuse. Elle touche environ 10 % des Canadiens de 40 ans ou plus. Selon Ostéoporose Canada, au moins une femme sur trois et un homme sur cinq subiront une fracture attribuable à l'ostéoporose au cours de leur vie. D'autres recherches pourraient aider à établir le profil des personnes présentant un risque d'ostéoporose et à mettre sur pied des stratégies de traitement individuel pour anticiper et prévenir les fractures causées par la perte de densité osseuse.
Déroulement
TBone
Dix-sept astronautes ont participé à cette étude.
- Des images 3D à haute résolution des poignets et des chevilles de chaque participant ont été prises avant et après leur mission. Elles ont permis de comparer l'intérieur des os (formes et structures microscopiques).
- Tout au long de leur mission, les astronautes ont prélevé des échantillons de sang et d'urine servant à de nombreuses études. Les données d'analyse ont été partagées en vertu d'une entente internationale et utilisées par les chercheurs de l'étude TBone pour mieux comprendre les facteurs liés à l'adaptation des os à la microgravité.
- Les chercheurs ont aussi tenu un registre détaillé des facteurs qui auraient pu influencer les résultats, par exemple l'alimentation, la consommation de médicaments et de suppléments, et le programme d'exercice.
TBone2
Trente astronautes participeront à cette étude.
- Des images 3D à haute résolution des poignets et des chevilles de chaque participant seront prises avant et après leur mission.
- Des données sur les mêmes astronautes seront recueillies au cours d'autres études du programme CIPHER, notamment celles qui portent sur les effets des vols spatiaux sur le sang, le système cardiovasculaire et le stress. Les chercheurs de TBone2 utiliseront ces données en complément des leurs.
Dans le cadre du programme CIPHER de la NASA, les chercheurs de TBone2 examineront des sujets en mission spatiale de six semaines, de six mois et d'un an – plus longtemps que dans le cas de la première étude TBone. En comparant la réaction de l'organisme des astronautes selon le temps passé en microgravité, les chercheurs pourront vérifier l'hypothèse selon laquelle la perte osseuse est la plus importante au cours des six premiers mois de vol spatial, puis se stabilise au bout d'un an.
TBone2 est l'une des deux études de l'Agence spatiale canadienne menée dans le cadre du programme CIPHER de la NASA. L'autre est Vascular Calcium.
Les études du programme CIPHER sont prévues expressément pour la Station spatiale internationale. Ce programme vise à mieux comprendre les effets des vols spatiaux de longue durée par la comparaison des effets des missions selon leur durée : brefs séjours, missions habituelles de six mois et missions de longue durée (un an).
Dates
La collecte des données de l'étude TBone s'est amorcée en . L'étude a pris fin en .
L'équipe de l'étude TBone2 devrait commencer à recueillir des données en .
Dans l'espace, les astronautes font à peu près deux heures d'exercice par jour, ce qui les aide à prévenir une partie de la perte osseuse qui se produit en microgravité. (Source : NASA.)
Équipe de recherche
Le Pr Steven Boyd de l'Université de Calgary est le chercheur principal des études TBone.
Les cochercheurs de l'étude TBone étaient les suivants.
- Leigh Gabel, Ph. D., Université de Calgary
- Paul Hulme, Ph. D., Université de Calgary, Canada
- Anna-Maria Liphardt, Ph. D., Université allemande du sport, Cologne, Allemagne
- Martina A. Heer, Ph. D., Université de Bonn, Allemagne
- Jean Sibonga, Ph. D., NASA
- Scott M. Smith, Ph. D., NASA
Poursuivez l'exploration
- Vidéo d'une entrevue de la NASA avec le Pr Steven Boyd (en anglais seulement)
- Un chercheur de Calgary dirige une étude internationale sur la perte de masse osseuse pendant les vols spatiaux (en anglais seulement)
- Comment les os réagissent-ils dans l'espace?
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