L’exploration spatiale lointaine exige un changement de paradigme dans le soutien médical apporté aux astronautes, vers des opérations médicales autonomes. Actuellement, les astronautes dépendent de communications en temps réel avec les structures médicales terrestres. Cependant, plus l’éloignement de la Terre augmente, plus les délais et les interruptions de communication se multiplient. Les équipages engagés dans l’exploration spatiale lointaine devront être capables de détecter, diagnostiquer, traiter et prévenir les maladies de manière autonome. Une solution potentielle consiste à renforcer les connaissances, les compétences et les capacités des équipages participant à des missions d’exploration de longue durée grâce à un système numérique d’aide à la décision clinique (SADC).
La division Exploration Medical Capability (ExMC) du programme de recherche humaine de la NASA étudie la faisabilité et l’intérêt d’étendre les capacités de développement et d’amélioration d’EIMO. L’équipe de recherche ExMC a mis au point un concept de système d’aide à la décision clinique (SADC) qui permettrait de collecter en continu des données médicales, grâce à une surveillance passive et active, et de fournir des recommandations en temps réel. Ce système améliorera la prise en charge des patients et réduira la charge pesant sur les services de santé.
Les technologies d’assistance intégrées au système CDSS développé par ExMC sont conçues pour améliorer considérablement les capacités de soins médicaux des équipages. Des applications privées de cette approche sont actuellement envisagées pour des programmes spatiaux commerciaux, illustrant parfaitement comment les recherches d’ARC Space Biosciences profitent à l’ensemble du secteur spatial.
La santé dans l’espace. NASA
Lors des missions de longue durée, l’équipe médicale de la NASA s’attache à optimiser la santé physique et mentale des astronautes et à améliorer leurs performances afin de garantir le succès de la mission. Ces efforts contribuent également à préparer les futures missions habitées vers la Lune, Mars et au-delà.
La NASA dispose sur Terre d’une équipe de médecins, de psychologues et d’autres spécialistes qui veillent à la santé et au bien-être des astronautes avant, pendant et après chaque mission spatiale. La NASA affecte à chaque équipage des médecins spécialisés en médecine spatiale, appelés médecins de vol. Ces médecins supervisent les soins médicaux et l’entraînement des membres d’équipage pendant la préparation de la mission et surveillent leur santé avant, pendant et après leur vol vers la Station spatiale internationale.
La Station spatiale internationale est le foyer de l’humanité dans l’espace et une station de recherche orbitant à environ 400 kilomètres au-dessus de la Terre. La NASA et ses partenaires internationaux y maintiennent une présence humaine permanente depuis plus de 24 ans, menant des recherches impossibles à réaliser sur Terre. Les personnes vivant et travaillant à bord de ce laboratoire en microgravité contribuent également à la recherche en cours, aidant à résoudre des problèmes de santé complexes sur Terre et à préparer l’humanité à des voyages toujours plus lointains, notamment vers la Lune et Mars.
L’astronaute Frank Rubio, de l’Expédition 69 de la NASA, se repose et discute avec Joel Montalbano (à genoux, à gauche), responsable du programme ISS à la NASA, Josef Schmid (coiffé d’une casquette rouge), médecin de vol de la NASA, et Joe Acaba, chef du bureau des astronautes de la NASA, près du vaisseau Soyouz MS-23 après son atterrissage avec les cosmonautes de Roscosmos Sergueï Prokopyev et Dmitry Petelin dans une zone isolée près de la ville de Zhezkazgan, au Kazakhstan, le 27 septembre 2023. NASA/Bill Ingalls
Une mission typique vers la Station spatiale internationale dure environ six mois, mais cette durée peut varier en fonction du calendrier des vaisseaux visiteurs, des priorités de la mission et d’autres facteurs. Des astronautes de la NASA ont également séjourné à bord de la station spatiale pendant des périodes plus longues. Ces missions, dites de longue durée, ont permis à la NASA de recueillir de nombreuses données sur les vols spatiaux de longue durée et leurs effets sur le corps humain, données que l’agence applique à toutes ses missions habitées.
L’équipe de santé mentale de la NASA offre un soutien psychologique personnalisé aux membres d’équipage et à leurs familles lors de chaque mission. Garantir la réussite des astronautes en environnements extrêmes commence dès la sélection, où les candidats sont évalués sur des qualités telles que l’adaptabilité et la résilience. Les astronautes suivent une formation approfondie qui leur permet d’utiliser des outils d’auto-évaluation et des méthodes de traitement pour gérer leur santé mentale. La NASA organise également des entraînements aux techniques d’expédition afin de préparer chaque astronaute aux missions, en développant des compétences essentielles comme la prise en charge de soi, le travail d’équipe, la communication, le leadership et le sens du rôle de subordonné.
Pour maintenir leur motivation et leur moral à bord de la station spatiale, les astronautes peuvent envoyer des courriels, téléphoner et participer à des vidéoconférences avec leurs familles et leurs amis, recevoir des colis d’aide à bord des missions de fret de la NASA et consulter un psychologue par téléconférence en cas de besoin.
Outre leur formation technique, les astronautes suivent un entraînement au travail d’équipe. Ils apprennent à vivre efficacement en groupe, ainsi qu’à prendre soin les uns des autres et à s’entraider. Les vols spatiaux de longue durée, du fait de leur éloignement et de leur isolement, peuvent rendre le travail d’équipe complexe. Les astronautes doivent maintenir une conscience situationnelle optimale et exécuter le plan de mission dans un environnement en constante évolution. Par conséquent, une communication efficace est essentielle au sein de l’équipe à bord de la station et avec les différents groupes de soutien sur Terre. Les astronautes doivent également être capables de transmettre des informations complexes à des personnes ayant des profils professionnels différents. En définitive, les astronautes sont des personnes vivant et travaillant ensemble à bord de la station, et ils doivent être capables d’effectuer des tâches techniques complexes et de résoudre tout problème relationnel susceptible de survenir.
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Les médecins surveillent en permanence la santé des astronautes grâce à des capteurs, des tests et des prélèvements afin de comprendre les effets à long terme des vols spatiaux. Ceci contribue au maintien de la forme physique des équipages pour les futures missions vers la Lune, Mars et au-delà, et permet de faire progresser les traitements médicaux sur Terre. Un aspect essentiel de ce travail est l’exercice physique, qui vise à prévenir la perte de masse musculaire et osseuse induite par les vols spatiaux. Lors de leurs entraînements et de leurs activités quotidiennes, les astronautes portent régulièrement un gilet et un brassard de biomoniteur, équipés de capteurs qui enregistrent leur activité cardiaque, respiratoire et d’autres paramètres de santé pendant une durée maximale de 48 heures. Ces données peuvent être consultées en temps réel par les médecins sur Terre ou transmises pour une analyse ultérieure.
Par exemple, lors de l’Expédition 74, Chris Williams, ingénieur de vol à la NASA, a enfilé un biomoniteur portable tôt le matin, débutant ainsi une session de surveillance de santé de deux jours. Il a ensuite effectué des exercices sur un appareil de résistance avancé (ARED), qui simule l’utilisation de poids libres sur Terre, puis a couru sur un tapis roulant COLBERT, ce qui a permis de compenser les effets de la microgravité et a permis aux médecins d’évaluer la santé de son cœur, de ses poumons, de ses muscles et de ses os en apesanteur. Ce biomoniteur, un dispositif biomédical développé par l’Agence spatiale canadienne, est utilisé à bord de la station depuis janvier 2019.
Plus tard, Williams a assisté Zena Cardman, ingénieure de vol de la NASA, à l’intérieur du sas du vaisseau spatial Quest, pendant qu’elle installait des batteries lithium-ion chargées dans deux combinaisons spatiales.
Mercredi, le commandant de la station, Mike Fincke, a consacré toute la journée à la maintenance de divers équipements d’entraînement et instruments scientifiques. Il a commencé par installer le matériel cinématique sur l’instrument ARED, qui surveille les contraintes musculaires et osseuses subies par l’équipage lors de l’entraînement spatial. Les chercheurs utilisent ces données visuelles pour adapter les programmes d’entraînement et optimiser la condition physique de l’équipage en microgravité. Il a ensuite remplacé deux disques durs et injecté du gaz dans le réservoir expérimental à évaporation nulle, testé pour sa capacité à stocker des liquides cryogéniques dans les réservoirs de carburant des vaisseaux spatiaux.
Une lueur jaune-rougeâtre baigne l’horizon terrestre, et les lumières des villes du sud-ouest de l’Europe et de l’Afrique du Nord scintillent sur fond d’océan Atlantique et de mer Méditerranée qui séparent les deux continents. Au moment où cette photographie a été prise, la Station spatiale internationale orbitait à 422 kilomètres au-dessus de l’océan Atlantique, vers 19h47, heure locale. NASA
L’ingénieur de vol Kimiya Yui de la JAXA (Agence d’exploration aérospatiale japonaise) a commencé son service dans le module laboratoire Kibo, en vérifiant l’étanchéité des équipements de recherche sur la combustion. Il a ensuite allumé un microscope à fluorescence pour observer les modifications de la formation de films de cristaux liquides plats en microgravité. Les résultats de cette étude pourraient contribuer au développement d’écrans tactiles et de tableaux de bord, bénéficiant ainsi aux équipements terrestres et spatiaux.
À la fin de leur quart, les quatre astronautes ont rejoint les cosmonautes de Roscosmos Sergueï Koud-Svertchkov, Sergueï Mikaïev et Oleg Platonov pour des exercices de réaction aux situations d’urgence. Les sept membres d’équipage ont répété leurs réactions face à des événements improbables, tels qu’une dépressurisation, une fuite chimique ou un incendie à bord de la station spatiale internationale. Ils ont utilisé des tablettes numériques pour revoir les procédures et les protocoles de communication qu’ils mettront en œuvre en coordination avec les contrôleurs de mission au sol.
Quelques jours plus tard, l’équipage de l’Expédition 74 a étudié les effets de la vie dans l’espace sur les fonctions cérébrales et la circulation sanguine afin de garantir la santé des astronautes et le succès à long terme de la mission. En fin de semaine, les occupants de la Station spatiale internationale se sont également concentrés sur la maintenance des instruments utilisés lors des sorties extravéhiculaires et des équipements scientifiques.
Vendredi, Chris Williams, ingénieur de vol à la NASA, a commencé sa journée en prélevant des échantillons de sang et d’urine pour analyse, qu’il a ensuite conservés au congélateur à des fins de recherche scientifique. Il a ensuite participé à deux tests visant à documenter les modifications potentielles de la structure et du fonctionnement de son cerveau dues au vol spatial, dans le cadre de l’étude CIPHER, menée sur le long terme. Le premier test mesurait sa cognition spatiale, c’est-à-dire sa capacité à se repérer en apesanteur, et le second enregistrait ses réactions lors de manœuvres avec le bras robotique Canadarm2, pendant une simulation informatique de la capture d’un vaisseau cargo. Les médecins utiliseront ces résultats pour évaluer ses capacités cognitives et développer des outils de surveillance et de protection du cerveau en microgravité.
Le commandant de la station, Mike Fincke de la NASA, et l’ingénieur de vol Kimiya Yui de la JAXA (Agence d’exploration aérospatiale japonaise) ont étudié à tour de rôle le flux sanguin du cerveau au cœur afin de comprendre l’efficacité du fonctionnement cérébral et cardiaque dans l’espace. Des électrodes et des capteurs ont été fixés à leur cou, leurs clavicules et leurs côtes pour mesurer les variations du débit et du volume sanguin susceptibles d’entraîner des problèmes cardiaques liés à l’espace, tels que des thromboses ou une rigidité artérielle.
Les équipages des expéditions 73 et 74 posent pour une photo de groupe la veille de leur retour sur Terre. L’astronaute de la NASA Johnny Kim et les cosmonautes de Roscosmos Sergueï Ryjikov et Alexeï Zubritsky. Premier rang, de gauche à droite : les astronautes de la NASA Chris Williams et Mike Fincke avec Sergueï Ryjikov. Deuxième rang : le cosmonaute de Roscosmos Sergueï Mikaïev, l’astronaute de la NASA Zena Cardman, le cosmonaute de Roscosmos Sergueï Koud-Svertchkov et Johnny Kim. Deuxième rang : l’astronaute de la JAXA (Agence d’exploration aérospatiale japonaise) Yui Kimiya et les cosmonautes de Roscosmos Oleg Platonov et Alexeï Zubritsky. NASA
Les cosmonautes de Roscosmos, Sergueï Koud-Svertchkov et Sergueï Mikaïev, ont également étudié la santé vasculaire à l’aide d’électrodes thoraciques et de brassards de tensiomètre placés sur les bras, les poignets et les doigts, dans le cadre d’une expérience sur les cellules endothéliales humaines menée par l’agence spatiale. Ils ont étudié comment la paroi interne des vaisseaux sanguins assure une circulation sanguine continue, régule la pression artérielle et prévient la formation de caillots chez les membres d’équipage. Les médecins surveillent actuellement les effets de l’apesanteur et des radiations spatiales sur les artères, la pression artérielle et le cœur des cosmonautes pendant les vols spatiaux.
Vendredi, Zena Cardman, ingénieure de vol à la NASA, est retournée au sas du vaisseau Quest pour préparer les instruments en vue de la sortie extravéhiculaire. Équipée d’un casque de réalité virtuelle, elle s’est entraînée à utiliser le réacteur dorsal d’urgence de sa combinaison spatiale. Ce réacteur, officiellement appelé SAFER (Simplified Aid For EVA Rescue), permet aux astronautes de regagner la Station spatiale internationale en toute sécurité dans le cas improbable où ils se détacheraient de leur câble de sécurité.
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L’ingénieur de vol de Roscosmos, Oleg Platonov, a achevé la séance de photographie nocturne, qui a automatiquement capturé des images en proche ultraviolet de sites terrestres pendant que l’équipage dormait. Platonov a ensuite remplacé une pompe à vide et effectué des transferts de fluides dans le cadre de la maintenance de routine du système de tuyauterie orbital. Enfin, pour sa première expérience dans l’espace, il a vérifié l’équipement d’enregistrement vidéo et formaté les cartes mémoire, concluant ainsi sa semaine de travail à bord du laboratoire orbital. L’équipage de l’Expédition 74 contactera ses familles, partagera des cadeaux et des repas, et célébrera Noël et le Nouvel An en orbite.
Les membres de l’équipage de l’Expédition 72 ont exploré des moyens de protéger les systèmes immunitaire et cardiovasculaire en microgravité et ont testé des procédures d’amarrage robotisées à bord de la Station spatiale internationale.
En l’absence de gravité terrestre, le corps des astronautes subit des transformations rapides et nombreuses, que les équipes médicales étudient quotidiennement afin de préserver la santé des équipages lors des missions de longue durée. Dans le cadre d’une expérience, le test d’immunité, des échantillons de sang et de salive sont prélevés chez les membres d’équipage pour être traités et conservés dans des congélateurs scientifiques. Ces échantillons sont ensuite ramenés sur Terre pour analyse, permettant d’identifier le stress cellulaire et les lésions tissulaires induits par l’espace, ce qui pourrait mener au développement de traitements pour les équipages. Takuya Onishi, ingénieur de vol à la JAXA (Agence d’exploration aérospatiale japonaise), a fourni ses échantillons pour cette étude, qui pourrait aider les chercheurs à prévenir les troubles immunitaires liés au stress dans l’espace et sur Terre.
Le commandant de la station, Alexeï Ovtchinine, et l’ingénieur de vol Ivan Vagner, tous deux cosmonautes de Roscosmos, ont poursuivi leurs recherches en biologie spatiale, étudiant la circulation sanguine du cerveau aux extrémités en microgravité. Ils ont porté à tour de rôle des capteurs fixés à leur front, leurs doigts et leurs orteils, ce qui a permis d’observer comment le système circulatoire s’adapte au vol spatial. Ces cosmonautes expérimentés participent à une étude d’une semaine, approfondissant ainsi leurs connaissances en médecine spatiale, connaissances qu’ils mettront à profit pour protéger les équipages lors de missions de longue durée.
Le vaisseau spatial Cygnus de Northrop Grumman est photographié quelques instants après sa séparation du bras robotique Canadarm2 lors du survol de l’océan Pacifique Sud par la Station spatiale internationale, le 31 janvier 2020. (NASA)
La nutrition joue un rôle essentiel dans le maintien de la santé et des performances optimales des astronautes avant, pendant et après une mission. L’alimentation a également un impact psychosocial important lors des longs séjours à bord de la Station spatiale internationale. Les experts du Laboratoire des systèmes alimentaires spatiaux de la NASA, au Centre spatial Johnson de Houston, élaborent des repas nutritifs et appétissants. Les membres d’équipage ont également la possibilité de personnaliser le menu avec leurs plats préférés et des aliments préparés, pour se sentir comme chez eux.
Les nutritionnistes et les scientifiques de la NASA spécialisés en biochimie nutritionnelle déterminent les nutriments (vitamines, minéraux, calories) nécessaires aux astronautes durant leur séjour dans l’espace. Cette équipe suit l’alimentation de chaque membre d’équipage grâce à une application dédiée sur tablette, que chaque astronaute utilise quotidiennement. Les données de l’application sont transmises chaque semaine aux nutritionnistes pour le suivi nutritionnel. L’analyse d’échantillons de sang et d’urine prélevés avant, pendant et après les vols spatiaux est essentielle pour étudier les réactions de leur organisme aux conditions uniques du vol spatial. Ces échantillons fournissent des informations précieuses sur l’adaptation de chaque astronaute à la microgravité, aux radiations et aux autres facteurs affectant la physiologie humaine dans l’espace.
L’astronaute de la NASA et ingénieure de vol de l’Expédition 71, Tracy S. Dyson, présente des sacs de nourriture de la JAXA (Agence d’exploration aérospatiale japonaise) dans la cuisine du module Unity de la Station spatiale internationale.
Que se passe-t-il en cas d’urgence médicale à bord de la Station spatiale internationale ?
Tous les astronautes suivent une formation médicale et sont en contact régulier avec une équipe de médecins qui surveillent de près leur état de santé sur Terre. La NASA dispose également d’une pharmacie bien équipée et d’un large éventail de matériel médical à bord de la station pour traiter diverses maladies et blessures. Si une urgence médicale nécessite un retour sur Terre, l’équipage reviendra à bord du vaisseau spatial lancé pour recevoir des soins médicaux d’urgence.
Avant chaque mission, les astronautes subissent une série d’examens médicaux afin de déterminer leur état de santé avant le vol, en se basant sur des paramètres clés tels que la capacité aérobie, l’agilité, la force et l’endurance. Ces mesures pré-vol et le suivi médical régulier à bord de la Station spatiale internationale permettent aux spécialistes du programme de recherche sur la force et le conditionnement physique des astronautes (ASCR) de la NASA d’ajuster et d’adapter les programmes d’entraînement des astronautes afin d’optimiser leurs performances.
La convalescence débute dès le retour sur Terre par un examen médical et la mise en place progressive d’exercices visant à améliorer la mobilité, l’équilibre, la souplesse, la condition physique aérobie, la force, l’endurance et la proprioception. Les astronautes de retour subissent les mêmes tests qu’avant le vol afin d’évaluer leur état de santé. Les résultats de ces tests permettent d’élaborer un programme de convalescence personnalisé, garantissant un retour progressif et sécurisé à leurs performances physiques d’avant le vol. Les coordinateurs de réadaptation (ASCR) élaborent un plan de réadaptation individualisé en fonction de l’état de santé de chaque astronaute, des résultats des tests et de son état de santé général. Tout au long du programme post-vol, chaque aspect de la convalescence fonctionnelle des membres d’équipage est suivi de près et pris en charge afin d’assurer une transition en douceur vers la vie quotidienne et de les préparer aux missions futures.
La rééducation post-vol est individualisée pour chaque astronaute. Si la plupart des membres d’équipage retrouvent leur niveau de forme physique d’avant le vol dans les 45 jours suivant leur retour sur Terre, la NASA prolonge souvent les programmes de rééducation afin de répondre aux besoins spécifiques et au rythme de récupération de chaque astronaute.
L’astronaute de la NASA et ingénieur de vol de l’Expédition 72, Nick Hague, pédale sur un ergomètre équipé du système CEVIS (Ceviation Isolation and Stabilization System) installé à bord du module laboratoire Destiny de la Station spatiale internationale. Le CEVIS permet de réaliser des exercices aérobiques et cardiovasculaires en position allongée ou debout.
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