Un astronaute en « soulève » un autre avec son doigt. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA Nous voyons souvent des images d'astronautes flottant à l'intérieur de la Station spatiale internationale. Alors que l'apesanteur a l'air amusant, il impose de grandes exigences à votre corps. Initialement, vous vous sentez nauséeux, étourdi et désorienté. Votre tête et vos sinus gonflent et vos jambes rétrécissent. À long terme, vos muscles s'affaiblissent et vos os deviennent cassants. Ces effets sur votre corps pourraient causer de graves dommages lors d'un long voyage, comme un voyage sur Mars.
Dans cet article, nous vous emmènerons pour un long voyage à bord de la Station spatiale internationale, où nous examinerons ce qu'est l'apesanteur, qu'arrive-t-il à votre corps, comment ces changements se produisent et ce qui peut être fait pour prévenir ou inverser ces effets indésirables.
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Imaginez que vous êtes vêtu de votre combinaison spatiale et allongé sur le dos dans le pont d'envol de la navette spatiale. Vous avez été allongé sur le dos dans le fauteuil pendant plusieurs heures pendant que les pilotes et le contrôle de mission procédaient aux préparatifs du lancement en amont du vol. Normalement, quand tu te tiens debout, la gravité tire le sang vers le bas pour qu'il s'accumule dans les veines de vos jambes. Cependant, parce que tu es allongé sur le dos, le sang est distribué différemment dans votre corps, se déplaçant légèrement vers votre tête parce que vos pieds sont surélevés. Votre tête peut sembler un peu étouffante, un peu comme il le fait la nuit quand vous dormez.
Les moteurs de fusée se déclenchent et vous ressentez l'accélération. Vous êtes repoussé dans votre siège pendant que la navette monte. Vous vous sentez lourd lorsque les forces G de l'accélération de la navette augmentent jusqu'à trois fois la gravité normale (certains tours de montagnes russes peuvent atteindre ce niveau d'accélération). Votre poitrine est comprimée et vous pouvez avoir des difficultés à respirer. En 8 minutes et demie environ, tu es dans l'espace, éprouver une sensation tout à fait différente : apesanteur .
L'apesanteur est plus correctement appelée microgravité . Vous n'êtes pas vraiment en apesanteur, parce que la gravité de la Terre vous maintient en orbite ainsi que tout ce qui se trouve dans la navette. Vous êtes en fait dans un état de chute libre , un peu comme sauter d'un avion, sauf que vous vous déplacez si vite horizontalement (5 miles par seconde ou 8 kilomètres par seconde) que, comme tu tombes, vous ne touchez jamais le sol car la Terre s'éloigne de vous. C'est comme ça :lorsque vous vous tenez sur un pèse-personne, il mesure votre poids parce que la gravité s'exerce sur vous et la balance. Parce que la balance repose sur le sol, il vous pousse avec une force égale -- cette force égale est votre poids. Cependant, si vous deviez sauter d'une falaise en vous tenant sur un pèse-personne, vous et la balance seraient tirés vers le bas également par gravité. Vous ne pousseriez pas sur la balance et elle ne vous repousserait pas. Par conséquent, votre poids lirait zéro.
Parce que la navette et tous les objets qu'elle contient tombent autour du monde au même rythme, tout ce qui n'est pas sécurisé dans la navette flotte. Si vous avez les cheveux longs, il flotte autour de votre visage. Si vous versez un verre d'eau, il suppose un grand, goutte sphérique que vous pouvez séparer en deux, gouttes plus petites. La nourriture et les bonbons flottent doucement vers votre bouche si vous les poussez dans cette direction. Assis sur votre siège, vous n'avez pas l'impression d'être assis parce que votre corps n'appuie pas contre le siège. Si vous n'êtes pas assuré de quelque chose, tu flottes. Par ailleurs, si vous ne pouvez pas atteindre un mur ou une prise de main/pied, vous ne pouvez pas bouger de votre position parce que vous n'avez rien contre quoi pousser. Pour cette raison, La NASA a mis de nombreuses contraintes, poignées et cale-pieds dans toute la cabine de la navette.
Histoire de l'astronaute Musgrave sur Terre (à gauche) et en orbite (à droite). Vous pouvez voir les poches autour de ses yeux et de ses joues causées par la microgravité. Photos avec l'aimable autorisation de la NASA Lorsque vous rencontrez pour la première fois la microgravité, vous avez les sentiments suivants :
Plus vous restez en microgravité, plus vos muscles et vos os s'affaiblissent.
Ces sensations sont causées par des changements dans divers systèmes de votre corps. Regardons de plus près comment votre corps réagit.
Les nausées et la désorientation que vous ressentez ressemblent à cette sensation d'enfoncement dans votre estomac lorsque votre voiture heurte un creux sur la route ou que vous subissez une chute lors d'un tour de montagnes russes, seulement vous avez ce sentiment constamment pendant plusieurs jours. C'est la sensation du mal de l'espace, ou mal des transports de l'espace , qui est causée par des informations contradictoires que votre cerveau reçoit de vos yeux et des organes vestibulaires situés dans votre oreille interne.
Vos yeux peuvent voir dans quel sens il y a de haut en bas à l'intérieur de la navette. Cependant, parce que votre système vestibulaire s'appuie sur l'attraction descendante de la gravité pour vous indiquer dans quelle direction vous allez vers le haut ou vers le bas et dans quelle direction vous vous déplacez, il ne fonctionne pas en microgravité. Ainsi vos yeux peuvent dire à votre cerveau que vous êtes à l'envers, mais votre cerveau ne reçoit aucune entrée interprétable de vos organes vestibulaires. Votre cerveau confus produit la nausée et la désorientation, ce qui à son tour peut entraîner des vomissements et une perte d'appétit. Heureusement, après quelques jours, votre cerveau s'adapte à la situation en s'appuyant uniquement sur les entrées visuelles, et vous commencez à vous sentir mieux. La NASA a publié des patchs médicamenteux pour aider les astronautes à faire face aux nausées jusqu'à ce que leur corps s'adapte.
En microgravité, votre visage sera plein et vos sinus seront congestionnés, ce qui peut contribuer aux maux de tête ainsi qu'au mal des transports de l'espace. Vous ressentez la même chose sur Terre lorsque vous vous penchez ou que vous vous tenez la tête en bas, car le sang vous monte à la tête.
Sur Terre, la gravité tire sur ton sang, provoquant l'accumulation de volumes importants dans les veines de vos jambes. Une fois que vous rencontrez la microgravité, le sang passe de vos jambes à votre poitrine et à votre tête. Votre visage a tendance à gonfler et vos sinus se gonflent, comme indiqué ci-dessous. Le changement de fluide réduit également la taille de vos jambes.
Lorsque le sang se déplace vers la poitrine, votre cœur grossit et pompe plus de sang à chaque battement. Vos reins réagissent à cette augmentation du flux sanguin en produisant plus d'urine, un peu comme ils le font après avoir bu un grand verre d'eau. Aussi, l'augmentation du sang et des liquides diminue la sécrétion d'hormone antidiurétique (ADH) par l'hypophyse, ce qui donne moins soif. Par conséquent, vous ne buvez pas autant d'eau que sur Terre. Globalement, ces deux facteurs se combinent pour aider à débarrasser votre poitrine et votre tête de l'excès de liquide, et dans quelques jours, les niveaux de liquide de votre corps sont inférieurs à ce qu'ils étaient sur Terre. Bien que vous ayez toujours la tête légèrement gonflée et les sinus bouchés, ce n'est pas aussi grave après les premiers jours. A votre retour sur Terre, la gravité ramènera ces fluides vers vos jambes et loin de votre tête, ce qui vous fera vous sentir faible lorsque vous vous levez. Mais vous commencerez aussi à boire plus, et vos niveaux de liquide reviendront à la normale dans quelques jours.
Comme vos reins éliminent l'excès de liquide, ils diminuent également leur sécrétion d'érythropoïétine, une hormone qui stimule la production de globules rouges par les cellules de la moelle osseuse. La diminution de la production de globules rouges correspond à la diminution du volume plasmatique de sorte que le hématocrite (pourcentage du volume sanguin occupé par les globules rouges) est le même que sur Terre. A votre retour sur Terre, votre taux d'érythropoïétine augmentera, tout comme votre nombre de globules rouges.
Lorsque vous êtes en microgravité, votre corps adopte une posture "fœtale" - vous vous accroupissez légèrement, avec les bras et les jambes à moitié fléchis devant vous. Dans cette position, vous n'utilisez pas beaucoup de vos muscles, en particulier les muscles qui vous aident à vous tenir debout et à maintenir une posture ( muscles anti-gravité ). Alors que votre séjour à bord de la Station spatiale internationale s'allonge, vos muscles changent. La masse de vos muscles diminue, ce qui contribue à l'aspect « patte d'oiseau ». Les types de fibres musculaires changent de contraction lente à contraction rapide. Votre corps n'a plus besoin de fibres d'endurance à contraction lente, tels que ceux utilisés en position debout. Au lieu, plus de fibres à contraction rapide sont nécessaires lorsque vous vous éloignez rapidement des surfaces de la station spatiale. Plus vous restez à la gare, moins vous aurez de masse musculaire. Cette perte de masse musculaire vous affaiblit, présentant des problèmes pour les vols spatiaux de longue durée et lors du retour à la gravité terrestre.
Sur Terre, vos os supportent le poids de votre corps. La taille et la masse de vos os sont équilibrées par les taux auxquels certaines cellules osseuses ( ostéoblastes ) déposer de nouvelles couches minérales et d'autres cellules ( ostéoclastes ) mâcher ces couches minérales. En microgravité, vos os n'ont pas besoin de soutenir votre corps, donc tous tes os, en particulier les os porteurs de vos hanches, cuisses et bas du dos, sont beaucoup moins utilisés qu'ils ne le sont sur Terre. Dans ces os, la vitesse à laquelle vos ostéoblastes déposent de nouvelles couches osseuses est réduite (personne ne sait exactement pourquoi, bien que l'on pense que les changements de force et de stress sont en quelque sorte impliqués), tandis que la vitesse à laquelle les ostéoclastes mâchent l'os reste la même. Le résultat est que la taille et la masse de ces os continuent de diminuer tant que vous restez en microgravité, à un taux d'environ 1 pour cent par mois. Ces changements dans la masse osseuse rendent vos os faibles et plus susceptibles de se briser lors de votre retour à la gravité terrestre. On ne sait pas quelle part de la perte osseuse est récupérable au retour sur Terre, même si ce n'est probablement pas 100 pour cent. Ces changements dans les os peuvent limiter la durée des vols spatiaux. Plus de recherches sont requises dans cette région.
En plus de la faiblesse des os, la concentration de calcium dans votre sang augmente légèrement à mesure que vos os sont mâchés par les ostéoclastes. Vos reins doivent se débarrasser de l'excès de calcium, ce qui les rend susceptibles de former des calculs rénaux douloureux.
Que peut-on faire pour vous aider à faire face à l'environnement en microgravité ? En ce qui concerne les êtres non vivants, chaque objet dans la navette ou la station spatiale doit être rangé dans des casiers, sanglé ou fixé au mur avec du velcro.
Par exemple, lorsque vous mangez un repas en microgravité, vous devez être tenu à la navette par des cales, et votre plateau repas est attaché à vous avec une sangle. Votre nourriture a tendance à se présenter sous des formes collantes ou pâteuses, comme le riz ou le beurre de cacahuète, pour qu'il ne s'envole pas. Si vous êtes sur un poste de travail, vous utilisez des sangles et des cale-pieds pour vous retenir. Équipement portatif, comme un ordinateur portable, est attaché à vous (comme indiqué ci-dessus), un rack d'équipement ou le mur de l'engin spatial.
Quant à tous ces changements qui se produisent dans votre corps pendant votre séjour à bord de la Station spatiale internationale, que pouvez-vous faire pour rester en bonne santé, surtout à votre retour sur Terre ? Rappelez-vous que nous devons faire face principalement à trois changements :
Une contre-mesure pour faire face à la perte de fluide est un dispositif appelé pression négative du bas du corps (LBNP) , qui applique une aspiration semblable à celle d'un aspirateur sous votre taille pour maintenir les fluides dans vos jambes. Cet appareil peut être attaché à un appareil d'exercice, comme un tapis roulant. Vous pourriez passer 30 minutes par jour dans le LBNP pour maintenir votre système circulatoire dans un état proche de la Terre.
Test du dispositif LBNP Photo avec l'aimable autorisation de la NASA Aussi, juste avant votre retour sur Terre, vous pouvez boire de grandes quantités d'eau ou de solutions électrolytiques pour aider à remplacer les liquides que vous avez perdus. Cela peut vous empêcher de vous évanouir lorsque vous vous levez et sortez de la navette.
La NASA et l'Agence spatiale russe ont découvert que le meilleur moyen de minimiser la perte de masse musculaire et osseuse dans l'espace est de faire de l'exercice fréquemment. Cela entraîne vos muscles, les empêche de se détériorer et exerce une pression sur vos os pour produire une sensation similaire au poids. Vous faites de l'exercice jusqu'à deux heures par jour sur diverses machines (tapis roulant, rameur, bicyclette). Vous devez être retenu pendant votre exercice, généralement par des sangles productrices de tension, tels que les sandows, qui vous tiennent à la machine.
Il faut faire beaucoup plus de recherches pour développer des contre-mesures aux changements de microgravité du corps. Ces recherches doivent être menées à la fois au sol et dans l'espace - à bord de la Station spatiale internationale - en utilisant à la fois des humains et des animaux. Les résultats de ces recherches contribueront à améliorer la santé des astronautes et ouvriront la voie à une exploration spatiale à long terme, comme un voyage sur Mars.
Comment simuler la microgravité sur TerreVoici quelques modèles humains et animaux pour simuler et étudier la microgravité sur Terre :
Organes vestibulaires Photo avec l'aimable autorisation de la NASA L'orientation et le mouvement sont détectés à l'aide du système vestibulaire , qui est situé dans la partie supérieure de l'oreille interne.
Voici comment le système vestibulaire détecte orientation par rapport à la gravité :Il a organes otolithiques qui contiennent cristaux de carbonate de calcium (craie). Les cristaux sont attachés à cellules nerveuses sensorielles ressemblant à des cheveux dans différentes orientations (x-, axes y et z).
Voici comment le système vestibulaire détecte mouvement :Il ya trois canaux semi-circulaires pour détecter le mouvement, Plus précisément accélération . Ils sont orientés à angle droit les uns par rapport aux autres, et chacun est dans l'une des trois directions (x-, axe y ou z). Ils contiennent un fluide appelé endolymphe et cellules nerveuses sensorielles ressemblant à des cheveux .
