En 5-dages tør nedsænkningsundersøgelse på 20 sunde mandlige frivillige (VIVALDI2)

Rumflyvninger har vist mulighederne og begrænsningerne ved menneskelig tilpasning til rummet. I de sidste 50 år har resultater vist, at rummiljøet og især mikrotyngdekraften forårsager ændringer, der kan påvirke astronauternes præstationer. Disse fysiologiske ændringer er nu bedre kendt: langvarig eksponering for vægtløshed kan føre til betydeligt tab af knogle- og muskelmasse, styrke, kardiovaskulær og sensorisk-motorisk dekonditionering, immunforsvar, hormonelle og metaboliske ændringer.

Desuden er en ny suite af fysiologiske tilpasninger og konsekvenser af rumflyvning blevet anerkendt. Efter lange flyvninger viser nogle astronauter faktisk vedvarende oftalmologiske ændringer, for det meste et hyperopisk skift, en stigning i optisk nerveskedediameter og lejlighedsvis et papillært ødem, der nu er defineret af National Aeronautics and Space Administration (NASA) som Spaceflight-Associated Neuro-ocular Syndrome ( SANS). Nogle af disse synsforandringer forbliver uafklarede i årevis efter flyvningen. Dette fænomen har højst sandsynligt eksisteret siden begyndelsen af ​​menneskelig rumflyvning, men er for nylig blevet erkendt som en væsentlig konsekvens af tilpasning til mikrogravitation.

Samlet set inducerer rumflyvning fysiologisk multi-system dekonditionering, som kan påvirke astronauters effektivitet og skabe vanskeligheder, når de vender tilbage til normal tyngdekraft. At forstå de underliggende mekanismer i disse processer og udvikle effektive modforanstaltninger til at forhindre, begrænse eller vende denne dekonditionering er fortsat vigtige udfordringer og hovedprioriteter for bemandede rumprogrammer.

Rumorganisationerne er aktivt engageret i at studere den fysiologiske tilpasning til rummiljøet gennem undersøgelser om bord på den internationale rumstation (ISS), men også på jorden. I betragtning af det begrænsede antal flyvemuligheder bruges vanskelighederne i forbindelse med udførelsen af ​​eksperimenter under flyvningen (operative begrænsninger for astronauter, begrænsede kapaciteter af biomedicinsk udstyr under flyvningen), jordbaserede eksperimenter, der simulerer virkningerne af vægtløshed, til bedre forstå mekanismerne for fysiologisk tilpasning, designe og validere modforanstaltningerne. Forskellige metoder bruges til at simulere mikrogravitation på Jorden. Imidlertid har to tilgange, -6° hoved-ned sengeleje (HDBR) og tør nedsænkning (DI) givet muligheder for langtidseksponeringer med fund tættest på dem, der ses med en vægtløs tilstand. De frembringer ændringer i kropssammensætning (inklusive omfordeling af kropsvæske), kardiovaskulære og skeletmuskelegenskaber, der ligner virkningerne af mikrogravitation.

Den fælles fysiologiske nævner er kombinationen af ​​et cephaladskifte af kropsvæsker og nedsat fysisk aktivitet. Disse modeller er ens i deres virkninger på den menneskelige krop, men adskiller sig i deres specifikationer og virkningsfaktorer. HDBR, som navnet antyder, indebærer et langt (fra flere uger til et år) ophold i liggende stilling, hovedet vippet ned med -6° fra det vandrette plan. HDBR er den mest anvendte jordbaserede simulering til gravitationel aflæsning af menneskekroppen i vestlige lande.

I modsætning til sengeleje giver tør nedsænkning en unik mulighed for at studere de fysiologiske virkninger af manglen på en støttende struktur for kroppen. Tør nedsænkning betyder at nedsænke motivet i termoneutralt vand, mens det er dækket med et specielt elastisk frit svævende vandtæt stof. Motivet, omgivet af presenningen og "frit ophængt" i vandmassen, forbliver tørt. Under vandret nedsænkning fordeles trykkræfterne næsten ligeligt rundt om hele kroppens overflade (kun hoved og nakke er ikke helt understøttet af vand). Fraværet af mekanisk støtte af specifikke anatomiske zoner under nedsænkning skaber en tilstand, der ligner vægtløshed kaldet "støtteløshed". Fysiologiske ændringer under DI udvikler sig hurtigere og er mere dybtgående end under HDBR. Denne avancerede jordbaserede model er yderst velegnet til at teste modforanstaltninger for mikrogravitations-induceret dekonditionering og fysisk inaktivitet-relaterede patologier.

I 2015 blev DI-faciliteten installeret på Space Clinic i Toulouse (Frankrig), og en første i Europa tre-dages tør nedsænkningsundersøgelse blev udført i 12 raske mandlige frivillige. Denne undersøgelse påviste en vigtig væskeoverførsel i hovedet med en signifikant udvidelse af halsvenerne, en stigning i venøse blodhastigheder og intrakranielt tryk, såvel som oftalmologiske ændringer i overensstemmelse med en formodet stigning i intrakranielt tryk i hovedet ved over 20 mmHg (normale værdier) 7 til 15 mmHg), hvilket bekræfter, at tør nedsænkning er en god model til at simulere virkningerne af væskeoverførsel. I 2019 blev et andet tørnedsænkningseksperiment, denne gang af 5 dages varighed, udført med 18 raske mandlige frivillige. Målet var at kvantificere effekten af ​​venokonstriktive lårmanchetter, brugt i 10 timer/dag som modforanstaltning, på tidsforløbet og omfanget af DI-inducerede ændringer i kropsvæsker, cephalic cirkulation, fundus og hjerne. Disse to undersøgelser har vakt interessen for tør nedsænkningsmodellen.

Den Europæiske Rumorganisation (ESA) har nemlig besluttet at inkludere denne model i de forskningsprogrammer, den fremmer om virkningerne af vægtløshed. Som et første skridt besluttede ESA at udføre et standardiseringsarbejde som det, der blev udført på sengetøjsmodellen. ESA gav en gruppe europæiske eksperter til opgave at designe en første undersøgelse og de test, der skulle udføres for bedre at forstå og validere modellen.

Få undersøgelser udført til dato har undersøgt kønsforskelle i astronautbefolkningen.

Det lille antal kvindelige astronauter kan være en del af årsagen til, at der mangler videnskabelige data til at drage valide konklusioner om mulige kønsforskelle. Men hvis kvinder i øjeblikket kun udgør omkring 12 % af astronauterne (kun 72 kvinder ud af 596 astronauter i december 2021), er og vil de være mere og mere repræsenteret i besætningerne. De udgør nu 30 % af de amerikanske besætninger, og NASA (det amerikanske rumfartsagentur) har annonceret kønsparitet for besætninger på fremtidige månemissioner. Det er derfor essentielt at studere de fysiologiske ændringer induceret af vægtløshed hos begge køn, og at udvikle effektive kønsspecifikke modforanstaltninger. Ekspertgruppen har derfor konkluderet, at der bør udføres to forskellige undersøgelser med samme design, en i kvinder og en i mænd, for at opnå et sammenligneligt datasæt. En nedsænkningsperiode på 5 dage blev bestemt for at inducere de fysiologiske ændringer, de ønsker at studere. Et batteri af tests er således blevet defineret af denne ekspertgruppe baseret på standardtests udført i sengelejeundersøgelser (Bedrest Standard Measurements), suppleret med yderligere tests for yderligere at undersøge modellen og opnå en bedre forståelse af tidsforløbet af de fysiologiske ændringer hos begge køn.

Dette arbejde startede i 2021 med en første undersøgelse, udført i kvinder i en 5-dages fordybelsesperiode (afventer offentliggørelse). Det næste trin er at realisere et lignende sæt af målinger hos mænd, for at standardisere tørnedsænkningsmodellen under hensyntagen til kønsforskelle.

Denne undersøgelse falder inden for denne sammenhæng og vil være den første ESA tør nedsænkningsundersøgelse udført i mænd. Formålet er at opnå et standardiseret datasæt for DI hos mænd, som vil tjene som grundlag for udvikling og evaluering af modforanstaltninger til støtte for fremtidige rummissioner. De vigtigste fysiologiske systemer vil blive udforsket før, under og efter de 5 dages nedsænkning gennem et batteri af specifikke tests og målinger. Resultaterne vil blive analyseret af videnskabsmænd, der er specialiseret i hvert felt for bedre at forstå tørnedsænkningsmodellen, for at sammenligne dens virkninger med dem af sengetøjsmodellen og dem fra rumflyvning. Sammenligning med resultater opnået i den kvindelige befolkning vil være en stor del af analysen. De kliniske (bivirkninger, forsøgspersoners komfort) og operationelle aspekter er også en del af undersøgelsens sekundære mål.