Les futures missions sur la Lune et sur Mars devront relever de nombreux défis, notamment prévenir la perte de tissus osseux et musculaires chez les astronautes. La recherche sur la Station spatiale internationale contribue à relever ce défi.
Sans la gravité terrestre, les os et les muscles s’atrophient ou deviennent plus petits et plus faibles. Très tôt, les scientifiques ont réalisé que l’exercice était un élément essentiel du maintien de la santé des os et des muscles dans l’espace, tout comme sur Terre. Depuis les simples bandes élastiques utilisées lors des premières missions, le matériel d’exercice est devenu de plus en plus avancé. L’équipement actuel comprend le système d’haltérophilie Advanced Resistive Exercise Device (ARED), un tapis roulant de deuxième génération appelé T2 et le vélo ergomètre avec système d’isolation et de stabilisation des vibrations (CEVIS). Les études continuent d’affiner cet équipement ainsi que l’intensité et la durée de son utilisation par les astronautes, les membres d’équipage faisant désormais en moyenne deux heures d’exercice par jour.
Installé en 2008, ARED utilise un système de piston et de volant d’inertie pour fournir une charge qui imite essentiellement l’haltérophilie en apesanteur. Une enquête en cours de l’ESA (Agence spatiale européenne), ARED Kinematics, analyse l’effet de ce type d’exercice sur le corps en microgravité pour aider à déterminer les programmes d’entraînement optimaux avant, pendant et après le vol spatial. Les résultats ont montré que l’entraînement physique avant le vol améliore les performances d’un individu lorsqu’il est sur la station spatiale, tout comme l’entraînement de pré-saison aide les athlètes lors de compétitions ultérieures.
De 2001 à 2011, les membres de l’équipage ont utilisé le dispositif d’exercice résistif provisoire (IRED), qui pouvait être configuré pour au moins 18 exercices différents utilisant les muscles du haut et du bas du corps avec jusqu’à 300 livres de force de résistance. UN évaluation rétrospective a montré une certaine corrélation entre la force avant le vol et les changements après le vol, et l’analyse a suggéré qu’un dispositif de résistance fournissant des charges plus élevées et des prescriptions d’exercices améliorées pourrait offrir de plus grands avantages.
CEVIS, installé en 2001 et mis à niveau en 2023, utilise la friction et la résistance et est contrôlé par ordinateur pour maintenir une charge de travail précise. Le système affiche des paramètres tels que la vitesse du vélo, la fréquence cardiaque, le temps écoulé et les détails de la prescription d’exercices. Une étude en utilisant les données collectées par CEVIS, on a conclu que jusqu’à 17 % des astronautes pourraient subir une perte de performances musculaires, de santé osseuse et de condition cardiorespiratoire si les futures missions continuent d’utiliser les contre-mesures d’exercice actuelles. Les chercheurs notent que cela met en évidence la nécessité d’affiner davantage les régimes actuels, d’ajouter d’autres interventions ou d’améliorer le contrôle en amont du conditionnement.
Un équipement approprié est important, tout comme la manière dont il est utilisé. Les premiers programmes d’exercices comprenaient la course sur un tapis roulant à faible vitesse et la réalisation d’exercices de résistance à faibles charges pendant de longues périodes. Bien qu’ils passent jusqu’à 10 heures par semaine à faire de l’exercice, les astronautes ont continué à perdre de la masse musculaire et de la densité osseuse. De plus en plus de preuves ont montré qu’un exercice de haute intensité et à faible volume était plus efficace pour maintenir la forme physique sur Terre. Le Étude intégrée d’entraînement en résistance et aérobie (Sprint) a comparé les résultats d’entraînements de faible intensité et à volume élevé avec des entraînements de haute intensité et à faible volume en microgravité.
Les résultats étaient similaires, mais des entraînements plus courts permettent à l’équipage de gagner du temps (une ressource précieuse lors des missions) et de réduire l’usure des équipements d’exercice.4 Les futures missions pourraient être limitées à un seul appareil pour les exercices d’aérobic et de résistance, ce qui nécessiterait des entraînements plus courts afin que chaque équipage Le député a son tour. Un exercice d’intensité plus élevée pourrait compenser ces limites.
Un enquête appelée VO2max changements documentés dans la consommation maximale d’oxygène, qui est considérée comme une mesure standard de la capacité de travail aérobie et physique d’une personne. Les vols spatiaux de longue durée ont entraîné une diminution significative de la consommation maximale d’oxygène et de la capacité d’exercice aérobique. Ces résultats ont des implications importantes pour les futures missions spatiales de longue durée, renforçant la preuve que les contre-mesures actuelles pourraient ne pas être adéquates.
Muscle Biopsy, une enquête de l’ESA (Agence spatiale européenne), a analysé les changements moléculaires dans les muscles squelettiques avant et après le vol spatial et a identifié un produit enzymatique qui pourrait être utilisé comme indicateur possible de la santé musculaire. Les résultats suggèrent que les protocoles d’exercices actuels sont efficaces pour prévenir le déconditionnement musculaire et soutiennent l’amélioration des contre-mesures visant à protéger la santé et les performances de l’équipage lors des futures missions d’exploration de l’espace lointain.
Bien que les programmes d’exercices actuels semblent modérer les changements dans les systèmes musculo-squelettiques, les résultats individuels varient. En outre, les régimes actuels ne peuvent probablement pas transférer directement à des missions d’exploration plus longues en raison des contraintes d’espace, des problèmes environnementaux tels que l’élimination de la chaleur et de l’humidité, des besoins d’entretien et de réparation des appareils, et des défis liés à trouver du temps pour faire de l’exercice et à éviter toute interférence avec le travail des autres membres de l’équipage.
Les missions prévues pour explorer la Lune et l’espace lointain pourraient durer jusqu’à trois ans. La recherche continue de se concentrer sur la combinaison de régime alimentaire, d’exercice et de médicaments qui pourrait maintenir les astronautes en bonne santé pendant les vols spatiaux, lorsqu’ils posent le pied sur la Lune ou sur Mars et à leur retour sur Terre. Parce que le vieillissement, les modes de vie sédentaires et les maladies entraînent une perte osseuse et musculaire sur Terre, cette recherche peut également bénéficier aux personnes sur le terrain.