De nouvelles recherches montrent que, dans l'espace, certains muscles du cœur sont beaucoup sollicités par l'absence de gravité. En quelques mois, cette situation provoque leur affaiblissement. Les effets de ce processus, qui prend des années sur Terre, sur la santé des astronautes doivent encore être étudiés. Un point positif : ces découvertes pourraient nous aider à mieux comprendre certaines causes de l'insuffisance de la valve mitrale.
Imaginez un patient de 80 ans, qui a du mal à respirer même en faisant peu d'efforts, et dont le cœur affaibli laisse le sang remonter vers les poumons. Comparez-le à un astronaute de 35 à 45 ans, en excellente forme physique, qui revient après six mois à bord de la Station spatiale internationale (ISS) et semble en parfaite santé. Ces deux personnes ont plus de points communs qu'on ne le pense.
Pour la première fois, nos recherches ont prouvé que chez l'être humain, un phénomène observé seulement chez les animaux jusqu'à présent se produit : dans l'espace, certains petits muscles situés à l'intérieur du cœur s'affaiblissent, même si les astronautes font du sport tous les jours.
En réalité, la mission dans l'espace a donc laissé une trace sur le cœur de l'astronaute. Derrière son apparence physique parfaite se cachent des changements discrets dans le cœur qui ressemblent, en version accélérée, à ce que le vieillissement a causé beaucoup plus lentement chez le patient sur Terre. La cause est l'impesanteur, cet état où l'on ne sent plus le poids de son corps, qui fait flotter ceux qui vont dans l'espace. Cette situation pourrait rendre les futurs voyages vers d'autres planètes plus compliqués.
Le cœur de l'astronaute face à l'impesanteur
Sélectionnés parmi des milliers de candidats, les astronautes sont des professionnels qui suivent des entraînements très stricts et sont surveillés médicalement en permanence. Pourtant, dès qu'ils quittent la Terre, leur système cardiovasculaire commence à se modifier. Autrement dit, son fonctionnement et ses caractéristiques physiques changent, car il n'a plus besoin de travailler autant.
En effet, en impesanteur, le cœur n'a plus besoin de faire autant d'efforts pour envoyer le sang vers le cerveau. Les liquides du corps se déplacent vers la tête, le volume de sang diminue, et le muscle cardiaque, moins sollicité, s'adapte.
Les scientifiques, qui étudient ces phénomènes depuis les premières missions spatiales, ont découvert que cette adaptation a des conséquences. Des études précédentes avaient par exemple montré que le cœur pouvait perdre du muscle après quelques semaines en orbite, et que sa forme devenait plus ronde.
Il y a plus de trente ans, une étude sur des rats avait aussi montré une réduction de la taille de petits muscles cardiaques spécifiques, appelés muscles papillaires.
Les muscles papillaires, importants mais peu étudiés
La fonction principale du cœur est de faire circuler le sang dans les poumons et le corps. Pour cela, il possède quatre cavités qui se contractent régulièrement. Des valves agissent comme des clapets anti-retour et empêchent le sang de circuler dans le mauvais sens.
Pour fonctionner correctement, ces valves sont aidées par de petites structures musculaires, qui représentent moins de 10 % de la masse totale du cœur : les muscles papillaires. Ils empêchent que, lors de la contraction du cœur, les valves ne se retournent comme un parapluie sous un grand vent. C'est d'ailleurs ce qui se passe en cas d'insuffisance mitrale, une maladie qui touche des millions de personnes, surtout âgées, dans le monde.
En 1992, une étude sur des rats avait montré une diminution de la taille de ces muscles papillaires, après seulement deux semaines dans l'espace. Cependant, aucune étude de ce type n'avait été réalisée chez l'homme, lors de vols spatiaux de longue durée.
Pour étudier cela, nous avons utilisé l'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour mesurer précisément la masse de ces petits muscles chez des astronautes partis pour des missions spatiales longues (de six à douze mois) à bord de l'ISS. Les mesures ont été faites entre quarante-cinq et soixante jours avant le départ et environ une semaine après leur retour sur Terre.
Un risque de fuite de la valve mitrale
Nos résultats ont montré une réduction moyenne de 14 % de la masse des muscles papillaires après le vol spatial. Cet affaiblissement ciblé, combiné à une forme plus ronde du cœur observée en impesanteur et à une augmentation de 6 % du diamètre de la valve mitrale (située entre l'oreillette gauche et le ventricule gauche), crée des conditions qui pourraient théoriquement causer un manque d'étanchéité de cette valve.
Dans ce cas, le sang n'est plus éjecté correctement : au lieu d'aller vers l'aorte, une partie retourne vers l'oreillette gauche, dans le sens inverse de la circulation normale. On appelle cela la « régurgitation mitrale ».
Si cette fuite de sang vers l'oreillette gauche et les poumons se produit soudainement, elle peut causer de graves difficultés respiratoires. À long terme, le cœur, obligé de compenser cette faiblesse qui s'aggrave, change lentement de forme, jusqu'à ne plus pouvoir fonctionner correctement : c'est l'insuffisance cardiaque.
Jusqu'à présent, aucune fuite de ce type n'a été observée dans le cœur des astronautes, principalement parce que cet aspect n'a pas encore été étudié en détail. D'autres recherches devront être menées pour évaluer les conséquences possibles de cette découverte pour la santé dans l'espace.
Cette nouvelle étude soulève autant de questions qu'elle apporte de réponses. Nous ne savons pas encore si l'affaiblissement des muscles papillaires peut être réparé après le retour sur Terre, ni s'il s'aggrave lors de missions plus longues. Nous ne savons pas non plus s'il affecte réellement le fonctionnement de la valve mitrale sur le long terme.
Des examens d'imagerie plus spécifiques, se concentrant sur les valves, et des suivis à long terme seront nécessaires pour répondre à ces questions, car les régurgitations mitrales peuvent ne causer aucun symptôme pendant des années avant que des dommages irréversibles ne surviennent.
L'espace, une « machine à voyager dans le temps » pour le corps
Cette découverte prend tout son sens si on la compare au vieillissement sur Terre. Sur Terre, le manque d'activité physique prolongé et le vieillissement naturel augmentent le risque d'insuffisance mitrale. Ce processus prend des années, voire des décennies. Dans l'espace, l'impesanteur accélère ce temps : en six mois, des changements similaires apparaissent.
C'est ce qui fait de l'espace une « machine à voyager dans le temps » pour le corps. Les astronautes ne vieillissent pas plus vite, mais leur corps subit des contraintes qui imitent certains effets du vieillissement de manière rapide et réversible. Cette particularité permet aux chercheurs d'observer et de comprendre des mécanismes qui, sur Terre, sont masqués par la lenteur du temps.
La comparaison entre l'espace et le vieillissement terrestre va bien au-delà du cœur. Le système musculaire et osseux se dégrade aussi rapidement en impesanteur : les astronautes peuvent perdre 1 à 2 % de leur masse osseuse par mois dans certaines parties du corps, un rythme dix fois plus rapide que celui de l'ostéoporose sur Terre. Leurs muscles des jambes s'affaiblissent rapidement, car ils n'ont plus à supporter le poids du corps.
Les yeux sont aussi affectés. En impesanteur, les liquides corporels se dirigent vers la tête, ce qui augmente la pression dans le crâne et provoque des changements dans le nerf optique et le globe oculaire. Ce syndrome est maintenant bien connu sous le nom de Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS) ou syndrome neuro-oculaire lié aux vols spatiaux.
De plus, une autre étude a montré que six mois de vol spatial entraînent une résistance à l'insuline et un durcissement des artères qui amènent le sang au cerveau. Sur Terre, ce processus prend des années.
Pour lutter contre ces changements généraux dans l'espace, la solution utilisée sur l'ISS est intensive : les astronautes suivent un programme strict d'environ deux heures et demie d'exercice par jour, combinant vélo, tapis de course et musculation.
Cependant, même si ce programme aide à limiter la perte de masse musculaire et la masse cardiaque totale, il n'empêche malheureusement pas l'affaiblissement des muscles papillaires. Cette vulnérabilité spécifique pourrait s'expliquer par leur structure particulière et le fait qu'ils sont moins sollicités dans l'espace.
De l'espace à l'hôpital : un double avantage
Ces découvertes ont une double importance. Pour les agences spatiales, elles montrent qu'il est nécessaire de surveiller la fonction des valves des astronautes, surtout pour les missions longues vers la Lune ou Mars. Si l'affaiblissement des muscles papillaires s'aggrave avec le temps, cela pourrait théoriquement affecter l'étanchéité de la valve mitrale et causer des problèmes cardiaques chez les équipages, loin de toute aide médicale sur Terre.
Elles ont aussi des applications intéressantes pour la médecine sur Terre : comprendre comment l'impesanteur provoque l'affaiblissement des muscles papillaires pourrait aider à identifier les raisons de leur détérioration liée à l'âge ou à la sédentarité.
Une chose est sûre : l'étude du cœur des astronautes continue d'améliorer notre compréhension des maladies cardiaques sur Terre. Chaque mission spatiale est aussi une mission médicale qui profite aux millions de patients cardiaques sur Terre. En regardant vers les étoiles, nous apprenons à mieux soigner ceux qui sont sur Terre. C'est un autre paradoxe dans cette aventure passionnante de l'exploration spatiale.
Cyril Tordeur est membre de l'International Society for Gravitational Physiology (ISGP), de la European Low Gravity Research Association (ELGRA) et de la Mars Society Belgium (MSB). Il a reçu des financements du Service Public Fédéral de Programmation Polique Scientifique belge (BELSPO) et du Fonds pour la Chirurgie Cardiaque.