Comment la faible gravité affecte-t-elle les muscles des astronautes et leurs réponses nerveuses ?

Sommaire: Des chercheurs révèlent comment les astronautes peuvent éviter les problèmes neuromusculaires qui surviennent à la suite d’un long vol spatial.

la source: Université Doshisha

Parmi les nombreuses fonctions remplies par les muscles squelettiques, il est important de maintenir notre posture. Sans ces muscles, la gravité de la Terre nous empêcherait de nous lever et de marcher. Le groupe de muscles – que l’on trouve principalement dans nos membres, notre dos et notre cou – responsables du maintien de notre posture et nous permettant de nous déplacer contre la force de gravité est à juste titre appelé muscles « anti-gravité ».

Mais qu’arrive-t-il à ces muscles lorsqu’il n’y a pas de gravité (ou de « décharge » de force gravitationnelle) contre laquelle agir ? La question peut sembler idiote à certains, mais pas à un astronaute à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS) !

Dans l’espace extra-atmosphérique, où la gravité est minimale, nos muscles (en particulier ceux anti-gravité) ne sont pas beaucoup sollicités, ce qui peut s’atrophier et modifier leur structure et leurs propriétés. En fait, les muscles du mollet sont connus pour diminuer de taille pendant le vol dans l’espace.

Alors, comment les astronautes peuvent-ils éviter ces problèmes neuromusculaires ?

Une équipe de chercheurs japonais dirigée par le Dr Yoshinobu Ohira de l’Université Doshisha au Japon a entrepris de trouver la réponse.

L’équipe comprenait également le Dr Takashi Ohira, qui travaille avec l’Université Doshisha et l’Université Kindai, au Japon. Fuminori Kawano, associé à l’Université Doshisha et à l’Université de Matsumoto, Japon ; Dr.. Katsumasa Goto de l’Université Doshisha et de l’Université Toyohashi Suzu, Japon ; et le Dr Hiroshi Kaji de l’Université de Kindai.

Ils ont récemment pu étudier les réponses des propriétés neuromusculaires à la décharge gravitationnelle et partager des informations basées sur la recherche sur la manière dont les astronautes peuvent éviter les problèmes neuromusculaires lors de vols spatiaux prolongés.

Cette revue — mise en ligne le 10 mars 2022 et publiée dans le volume 136 de Neurosciences et revues biocomportementales Mai 2022 – Rédigé en réponse à une invitation demandant aux auteurs de contribuer à un numéro spécial.

Intitulé « Space Neuroscience », ce communiqué était destiné à commémorer le premier atterrissage humain sur la lune, dans le cadre de la mission lunaire Apollo 11 de la NASA.

L’équipe a examiné comment les propriétés morphologiques, fonctionnelles et métaboliques du système neuromusculaire réagissent à des activités antigravité réduites. Ils ont d’abord examiné des modèles de simulation humains et de rongeurs et ont également vu comment l’activité des nerfs moteurs efférents et afférents régule les propriétés neuromusculaires.

Leur examen indique que l’activité neuronale afférente (qui comprend les signaux envoyés du muscle squelettique au système nerveux central pendant l’activité musculaire) joue un rôle clé dans la régulation des propriétés musculaires et de l’activité cérébrale.

L’inhibition des activités musculaires anti-gravité conduit au remodelage des sarcomes (l’unité structurelle des muscles), ce qui entraîne une diminution de leur nombre, ce qui entraîne une diminution supplémentaire du développement de la force et conduit finalement à une atrophie musculaire.

Une diminution de l’amplitude de l’électromyogramme est également observée au niveau des muscles anti-gravité, c’est-à-dire le soléaire et le muscle long adducteur. Cela indique que l’exposition à des environnements de faible gravité affecte non seulement les muscles, mais aussi les nerfs.

La décharge gravitationnelle dégrade le contrôle moteur et est considérée comme une altération de la coordination des muscles antagonistes et une altération de la mécanique. Les équipages de conduite ont également été notés comme ayant des difficultés à marcher après un vol spatial, même s’ils faisaient régulièrement de l’exercice sur la Station spatiale internationale.

Les astronautes à bord de la Station spatiale internationale doivent utiliser des tapis roulants, des vélos ergomètres et des équipements d’entraînement en résistance pour contrer l’effet de la faible gravité sur le système neuromusculaire et protéger leur santé physique.

Cependant, ces contre-mesures basées sur l’exercice ne sont pas toujours efficaces pour prévenir certains changements neuromusculaires indésirables.

Des défis supplémentaires peuvent survenir lorsque les astronautes sont exposés à un environnement de microgravité pendant six mois ou plus ; Par exemple, en route vers ou depuis la planète Mars. Par conséquent, cette revue a des implications importantes pour le domaine de la recherche spatiale, avec un accent particulier sur la santé des astronautes (recommandations mentionnées par les auteurs).

Les modifications des caractéristiques musculaires dues à la décharge gravitationnelle peuvent être liées à une diminution de l’activité neuronale, ainsi qu’au stress mécanique dépendant de la contraction et/ou de l’étirement.

Une stimulation adéquate du muscle soléaire semble réduire le risque d’atrophie. Par conséquent, pendant l’exercice, les astronautes doivent marcher ou courir lentement tout en atterrissant avec un coup de pied arrière (l’utilisation d’un élastique aidera également). L’étirement passif périodique de la semelle semble également efficace.

Par conséquent, les informations d’un point de vue unique, comme indiqué dans cette revue, peuvent jouer un rôle important dans le développement de contre-mesures appropriées contre les problèmes neuromusculaires pour les futures missions d’exploration spatiale humaine de longue durée.

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Les astronautes de la Station spatiale internationale remercieront l’équipe de recherche d’avoir partagé ces informations utiles. En attendant, nous souhaitons bonne chance aux chercheurs pour leur prochaine mission !

Financement : Cette étude a été soutenue, en partie, par le projet Space-DREAM de l’Université de Doshisha à YO et la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS) KAKENHI, et accorde les numéros JP19K07291 à YO et JP21K21000 à TO. Les bailleurs de fonds n’ont aucun rôle dans aucun aspect de ce manuscrit.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

auteur: John Keïta
la source: Université Doshisha
Contact: John Keita – Université Doshisha
image: L’image est dans le domaine public

recherche originale : accès fermé,
« Réponses neuromusculaires à la décharge et contre-mesures potentielles lors des missions d’exploration spatialeÉcrit par Yoshinobu Ohira et al. Neurosciences et revues biocomportementales

Sommaire

Réponses neuromusculaires à la décharge et contre-mesures potentielles lors des missions d’exploration spatiale

Nous avons principalement passé en revue les réponses des propriétés neuromusculaires de la sole et les mécanismes possibles. L’activité neuronale sensorielle en réponse au raccourcissement passif et/ou à la contraction active, associée à la flexion plantaire ou à la dorsiflexion de l’articulation de la cheville, peut jouer un rôle essentiel dans la régulation des propriétés musculaires.

Le raccourcissement passif des fibres musculaires et du sarcolemme empêche le développement de la tension, de l’électromyographie (EMG) et de l’EMG des nerfs afférents. le remodelage du sarcomère, qui réduit le nombre total de sarcomères dans une seule fibre musculaire entraînant une récupération de longueur dans chaque sarcomère, est stimulé dans la plante du pied après une décharge chronique.

Bien que l’activité de l’électromyogramme ait été augmentée et que la tension se soit développée dans chaque sarcomère, la tension totale générée par l’ensemble du muscle était encore plus faible en raison du nombre réduit de sarcomes. Par conséquent, l’atrophie musculaire continue de progresser.

De plus, marcher ou courir lentement en atterrissant avec des coups de pied arrière tout en appliquant une plus grande force de réaction au sol, qui stimule le mouvement de la semelle, peut être une contre-mesure efficace. Des étirements passifs périodiques, mais non chroniques, peuvent également être efficaces.