L'imagerie de densité osseuse par tomodensitométrie montre des souris terrestres (G) avec une structure osseuse spongieuse dense et hautement connectée, des souris de vol (F) avec moins de connectivité et des souris de vol traitées avec un inhibiteur de la myostatine (F + D) sur STS-118 qui semblent ont une structure osseuse non affectée par la microgravité. Crédit :Bioserve
Lors de la conférence de l'American Society for Bone and Mineral Research de cette année, les scientifiques de la NASA ont partagé ce qu'ils ont appris d'un demi-siècle de recherche sur les vols spatiaux sur la façon dont la microgravité affecte négativement la densité osseuse.
Une fois que vous atteignez la cinquantaine, vous pouvez anticiper certains changements de santé, comme le début de la perte osseuse. Vous ne vous attendez peut-être pas à de tels défis dans la fleur de l'âge, c'est-à-dire à moins que vous ne souffriez d'ostéoporose, que vous ayez une mobilité réduite ou que vous ayez été astronaute. Les scientifiques savent depuis les premiers jours des vols spatiaux que la microgravité affecte négativement la densité osseuse à un rythme avancé. L'examen de cette conséquence de la vie dans l'espace offre aux chercheurs l'opportunité d'une étude accélérée de la santé des os.
La recherche sur les os a commencé au début des voyages spatiaux humains, avec des expériences à la fois dans l'espace et au sol. Ce domaine d'étude se poursuit aujourd'hui à bord de la Station spatiale internationale avec des enquêtes qui s'appuient sur leurs prédécesseurs. Les membres d'équipage risquent de perdre à peu près autant de densité osseuse en un mois qu'une femme ménopausée en perd au cours d'une année. Les scientifiques peuvent transformer ce négatif en positif, en utilisant les conditions de microgravité pour accomplir plus de recherches en moins de temps. Leurs investigations dans l'espace examinent les causes de la perte osseuse et identifient des contre-mesures, tout en contribuant au développement de traitements utilisables sur Terre et dans l'espace.
"Dans une mission de six mois, nous pouvons faire des recherches sur la lutte contre la perte osseuse qui prendraient l'équivalent d'environ cinq ans d'étude longitudinale sur Terre", a déclaré Scott M. Smith, Ph.D., directeur du laboratoire de biochimie nutritionnelle à Centre spatial Johnson de la NASA à Houston. "Cela nous aide à voir les changements de physiologie plus rapidement que sur Terre, et dans une population d'étude très différente des études [au sol] typiques. Cette perspective contribue à la compréhension globale et fournit un ajout précieux à la base de connaissances générales, ce qui nous permet à tous d'accéder plus rapidement aux traitements."
Dans une publication récente, "Cinquante ans de voyages spatiaux humains :implications pour la recherche sur les os et le calcium", Scott et ses collègues reviennent sur les leçons apprises. Il souligne que dans la poursuite de la lutte contre la perte osseuse en microgravité, nous gagnons du terrain sur l'amélioration de la santé osseuse sur Terre. Par exemple, la recherche sur des animaux modèles utilisant des rongeurs dans l'espace a déjà contribué à des essais cliniques de produits pharmaceutiques pouvant atténuer la perte osseuse. Certains de ces traitements sont déjà disponibles pour les gens.
Les recherches se poursuivent en orbite, comme avec l'enquête Pro-K, qui terminera la collecte d'échantillons avec l'équipage actuel. L'objectif de Pro-K est de développer un moyen d'optimiser la nutrition en examinant l'impact de l'alimentation sur les os. Plus précisément, les chercheurs étudient comment une diminution du rapport protéines animales/potassium consommée par un astronaute peut atténuer la dégradation osseuse. La question est de savoir si l'équipage mange plus de fruits et de légumes avec moins de viande, cela contribuera-t-il à améliorer la santé du squelette ?
Les résultats peuvent avoir des implications pour ceux qui souffrent de perte osseuse sur Terre, offrant une atténuation possible grâce au bon équilibre dans le régime alimentaire d'un individu. "Le travail effectué pour les voyageurs spatiaux contribue de manière unique à la base de connaissances globale dans les domaines de la nutrition et de la biologie osseuse", a déclaré Smith.
Construire de meilleurs os n'est pas aussi simple que de boire votre lait, que vous buviez dans un verre ou dans une tasse à café spatiale. Alors que la vitamine D et le calcium font partie des composants importants, il s'agit en fait d'une quête complexe pour les scientifiques d'identifier le bon équilibre des contre-mesures, qui se répartissent en trois catégories :physiques, pharmacologiques et nutritionnelles. Ce que les chercheurs ont découvert, c'est que la nutrition est une grande partie de cette équation, mais qu'elle fonctionne en combinaison avec le bon type et la bonne quantité d'exercice. Ces résultats ont été publiés dans le Journal of Bone and Mineral Research .
"Nous avons vu au cours des dernières années que la nutrition et l'exercice peuvent aider à protéger la densité minérale osseuse chez les astronautes", a déclaré Smith. "C'est la première fois en plus d'un demi-siècle de vols spatiaux que nous voyons cela. Nous n'avons pas fini, mais nous progressons, et c'est incroyablement excitant."
Les scientifiques avaient soupçonné que, tout comme sur Terre, l'alimentation et l'exercice étaient une équipe gagnante pour garder les os humains en bonne santé. Cependant, l'application de ces connaissances ne s'est pas immédiatement traduite dans l'environnement spatial. Les premières tentatives d'exercice sur la station spatiale Mir et les premiers jours sur la Station spatiale internationale ont montré peu d'impact sur l'atténuation de la perte osseuse. L'équipage avait besoin d'exercices basés sur la résistance qui fournissaient suffisamment de "poids" pour stresser de manière productive les os et les muscles. Voici l'appareil d'exercice de résistance avancée (ARED), qui a été lancé en 2008. L'ajout d'ARED a aidé les chercheurs à prouver que le bon type d'exercice, combiné à la nutrition, pouvait maintenir la densité minérale osseuse.
"Ce qui a été montré", a déclaré Smith dans sa publication, "c'est que les membres d'équipage qui avaient accès à l'ARED sont revenus du vol sans perte de masse corporelle, avec un pourcentage accru de masse maigre, un pourcentage réduit de masse grasse et le maintien de densité minérale osseuse dans la plupart des régions et dans les scintigraphies du corps entier. »
Le rôle des minéraux et de l'alimentation dans la santé des os a pris une tournure différente pendant l'habitation de la station spatiale. En 2009, alors que l'équipage procédait à la récupération de l'eau à l'aide d'urine - une nécessité pour l'exploration spatiale de longue durée - le système a dû être arrêté en raison de problèmes de pression. Il s'avère qu'un excès de minéraux, notamment de sulfate de calcium, obstruait le matériel. Le soufre, utilisé dans les toilettes de la station spatiale, s'était combiné au calcium perdu par les membres d'équipage à la suite de la dégradation accélérée des os dans l'espace. La forte concentration de calcium qui en résulte dans l'urine de l'astronaute indique non seulement la relation entre la perte osseuse et le calcium, mais également la nécessité d'augmenter la consommation d'eau des membres de l'équipage. De même, l'augmentation de la consommation d'eau aide à réduire le risque de calculs rénaux, une autre préoccupation pour les astronautes.
Les chercheurs continuent d'examiner la bonne quantité d'apport en calcium et d'autres facteurs alimentaires pour la santé des os, notamment la vitamine D, les acides gras oméga-3, les protéines et le potassium, le sodium, le fer et le phosphore. La prochaine étude prévue pour la station spatiale cherchant l'équilibre optimal de l'alimentation et de la nutrition pour la santé des os s'appelle la nutrition intégrée. Les expériences seront un effort conjoint du Space Food Systems Laboratory de la NASA et des équipes du Nutritional Biochemistry Laboratory de Johnson.
"Nous travaillons pour optimiser l'apport d'un certain nombre de facteurs alimentaires connus pour avoir des effets protecteurs sur les os dans la recherche au sol ou en vol pour aider à protéger les os pendant les vols spatiaux de longue durée", a déclaré Smith. "Nous sommes très optimistes quant aux perspectives de ce développement pour les os et pensons que cela aura probablement des effets bénéfiques sur de nombreux autres systèmes corporels également."
Une partie de cette préoccupation à multiples facettes consiste à examiner la résistance osseuse, non seulement dans son ensemble, mais en fonction des parties de l'os qui se forment pendant les contre-mesures. Les chercheurs espèrent découvrir si la prévention apparente est en fait simplement l'accumulation d'os supplémentaire à partir d'exercices basés sur la résistance, plutôt qu'un arrêt de la perte globale. L'objectif est d'aller au-delà de la simple densité pour comprendre comment les vols spatiaux affectent la résistance de l'os.
"Bien que ce mode de remodelage osseux, avec une augmentation de la résorption et de la formation osseuse, maintienne la densité minérale osseuse, il peut produire un os avec des caractéristiques de résistance différentes de celles qui existaient avant le vol", a poursuivi Scott. "Des études pour évaluer la résistance des os après le vol sont en cours à la NASA pour mieux comprendre ce phénomène."
Et au cas où vous vous poseriez la question, sur la base de la comparaison précédente avec la perte osseuse d'une femme post-ménopausée, les chercheurs se penchent également sur le sexe. Au cours d'études sur l'orbite, les chercheurs ont trouvé des similitudes entre les sexes en ce qui concerne le traitement de la dégradation des minéraux osseux.
"En juillet de cette année, nous avons publié des données montrant que la réponse des hommes et des femmes au vol spatial - et au régime alimentaire et à l'exercice - n'était pas différente en ce qui concerne le risque de calculs osseux et rénaux", a déclaré Smith. « Le nombre d'astronautes transportés est encore relativement faible… mais ne cesse d'augmenter. La station spatiale a fourni une excellente plate-forme et nous a déjà offert de nombreuses années de vols de longue durée. Nous commençons à voir des différences de réponse à mesure que les contre-mesures évoluent et des différences entre les sous-groupes d'astronautes."
Publications :
- Smith SM., et al., « Hommes et femmes dans l'espace :perte osseuse et risque de calculs rénaux après un vol spatial de longue durée », Journal of Bone and Mineral Research, 2014 Jul ;29(7):1639-45. doi :10.1002/jbmr.2185.
- Scott M Smith, et al., "Bénéfices pour les os de l'exercice de résistance et de la nutrition dans les vols spatiaux de longue durée :preuves de la biochimie et de la densitométrie", Journal of Bone and Mineral Research, volume 27, numéro 9, pages 1896-1906 , 2012 ; DOI :10.1002/jbmr.1647
