En 5-dagers tørr fordypningsstudie på 20 friske mannlige frivillige (VIVALDI2)

Romflyvninger har vist mulighetene og begrensningene ved menneskelig tilpasning til verdensrommet. De siste 50 årene har resultater vist at rommiljøet og spesielt mikrogravitasjon forårsaker endringer som kan påvirke ytelsen til astronauter. Disse fysiologiske endringene er nå bedre kjent: langvarig eksponering for vektløshet kan føre til betydelig tap av bein- og muskelmasse, styrke, kardiovaskulær og sensorisk-motorisk dekondisjonering, immunforsvar, hormonelle og metabolske endringer.

Nylig har dessuten en ny serie med fysiologiske tilpasninger og konsekvenser av romflukt blitt anerkjent. Faktisk, etter lange flyreiser, viser noen astronauter vedvarende oftalmologiske endringer, for det meste et hyperopisk skifte, en økning i optisk nerveskjedediameter og noen ganger et papillært ødem nå definert av National Aeronautics and Space Administration (NASA) som Spaceflight-Associated Neuro-ocular Syndrome ( SANS). Noen av disse synsendringene forblir uløste i årevis etter flyturen. Dette fenomenet har mest sannsynlig eksistert siden begynnelsen av menneskelig romflukt, men er nylig blitt anerkjent som en viktig konsekvens av tilpasning til mikrogravitasjon.

Totalt sett induserer romfart fysiologisk dekondisjonering av flere systemer som kan påvirke astronautenes effektivitet og skape vanskeligheter når de kommer tilbake til normal tyngdekraft. Å forstå de underliggende mekanismene til disse prosessene og utvikle effektive mottiltak for å forhindre, begrense eller reversere denne dekondisjoneringen er fortsatt viktige utfordringer og hovedprioriteringer for bemannede romprogrammer.

Romorganisasjonene er aktivt engasjert i å studere den fysiologiske tilpasningen til rommiljøet gjennom studier om bord på den internasjonale romstasjonen (ISS), men også på bakken. Med tanke på det begrensede antallet flymuligheter, brukes vanskelighetene knyttet til utførelsen av eksperimenter under flyging (operative begrensninger for astronauter, begrenset kapasitet til biomedisinsk utstyr under flyging), bakkebaserte eksperimenter som simulerer effekten av vektløshet for å bedre forstå mekanismene for fysiologisk tilpasning, designe og validere mottiltakene. Ulike metoder brukes for å simulere mikrogravitasjon på jorden. Imidlertid har to tilnærminger, -6° head-down sengestøtte (HDBR) og tørr nedsenking (DI) gitt muligheter for langtidseksponering med funn nærmest de som er sett med vektløs tilstand. De produserer endringer i kroppssammensetning (inkludert omfordeling av kroppsvæsker), kardiovaskulære og skjelettmuskelegenskaper som ligner effektene av mikrogravitasjon.

Den fysiologiske fellesnevneren er kombinasjonen av et cephaladskifte av kroppsvæsker og redusert fysisk aktivitet. Disse modellene er like i deres effekter på menneskekroppen, men er forskjellige i deres spesifikke egenskaper og virkefaktorer. HDBR, som navnet tilsier, innebærer et langt (fra flere uker til et år) opphold i ryggleie, med hodet vippet ned med -6° fra horisontalplanet. HDBR er den mest brukte bakkebaserte simuleringen for gravitasjonsavlastning av menneskekroppen i vestlige land.

I motsetning til sengeleie gir tørr nedsenking en unik mulighet til å studere de fysiologiske effektene av mangelen på en støttestruktur for kroppen. Tørr nedsenking betyr å senke motivet ned i termonøytralt vann, mens det er dekket med et spesielt elastisk frittflytende vanntett stoff. Motivet, omgitt av presenningen og "fritt opphengt" i vannmassen, forblir tørt. Under horisontal nedsenking fordeles trykkkreftene nesten likt rundt hele kroppens overflate (bare hodet og nakken er ikke helt støttet av vann). Fraværet av mekanisk støtte av spesifikke anatomiske soner under nedsenking skaper en tilstand som ligner vektløshet kalt "støtteløshet". Fysiologiske endringer under DI utvikler seg raskere og er mer dyptgripende enn under HDBR. Denne avanserte bakkebaserte modellen er ekstremt egnet til å teste mottiltak for mikrogravitasjonsindusert dekondisjonering og fysisk inaktivitetsrelaterte patologier.

I 2015 ble DI-anlegget installert ved Space Clinic i Toulouse (Frankrike), og en første i Europa tre-dagers tørr nedsenkingsstudie ble utført på 12 friske mannlige frivillige. Denne studien viste en viktig væskeoverføring mot hodet med en betydelig dilatasjon av halsvenene, en økning i venøse blodhastigheter og intrakranielt trykk, samt oftalmologiske endringer i samsvar med en antatt økning i intrakranielt trykk ved hodet ved over 20 mmHg (normale verdier) 7 til 15 mmHg), som bekrefter at tørr nedsenking er en god modell for å simulere effekten av væskeoverføring. I 2019 ble et andre tørrnedsenkingseksperiment, denne gangen som varte i 5 dager, utført med 18 friske mannlige frivillige. Målet var å kvantifisere effekten av venokonstriktive lårmansjetter, brukt i 10 timer/dag som mottiltak, på tidsforløpet og omfanget av DI-induserte endringer i kroppsvæsker, cephalic sirkulasjon, fundus og hjerne. Disse to studiene har vekket interessen for tørrnedsenkingsmodellen.

Faktisk har European Space Agency (ESA) besluttet å inkludere denne modellen i forskningsprogrammene den fremmer på effektene av vektløshet. Som et første skritt bestemte ESA seg for å gjennomføre et standardiseringsarbeid som det som ble gjort på sengetøysmodellen. ESA ga en gruppe europeiske eksperter i oppgave å designe en første studie og testene som måtte utføres for å bedre forstå og validere modellen.

Få studier utført til dags dato har undersøkt kjønnsforskjeller i astronautbefolkningen.

Det lille antallet kvinnelige astronauter kan være noe av grunnen til at vitenskapelige data mangler for å trekke gyldige konklusjoner om mulige kjønnsforskjeller. Men hvis kvinner foreløpig bare utgjør rundt 12 % av astronautene (bare 72 kvinner av 596 astronauter per desember 2021), er og vil de bli mer og mer representert i mannskapene. De utgjør nå 30 % av amerikanske mannskaper, og NASA (amerikansk romfartsorganisasjon) har annonsert kjønnsparitet for mannskaper på fremtidige måneoppdrag. Det er derfor viktig å studere de fysiologiske endringene indusert av vektløshet hos begge kjønn, og å utvikle effektive kjønnsspesifikke mottiltak. Ekspertgruppen har derfor konkludert med at det bør gjennomføres to ulike studier med samme design, en på kvinner og en på menn, for å få et sammenlignbart datasett. En nedsenkingsperiode på 5 dager ble bestemt for å indusere de fysiologiske endringene de ønsker å studere. Et batteri av tester har derfor blitt definert av denne ekspertgruppen basert på standardtester utført i sengestøttestudier (Bedrest Standard Measurements), supplert med ytterligere tester for å undersøke modellen videre og for å få en bedre forståelse av tidsforløpet til de fysiologiske endringene. hos begge kjønn.

Dette arbeidet startet i 2021 med en første studie, utført på kvinner i løpet av en 5-dagers fordypningsperiode (venter på publisering). Det neste trinnet er å realisere et lignende sett med målinger hos menn, for å standardisere tørrnedsenkingsmodellen under hensyntagen til kjønnsforskjeller.

Denne studien faller innenfor denne sammenhengen og vil være den første ESA-studien med tørr nedsenking utført på menn. Målet er å få et standardisert datasett for DI hos menn, som vil tjene som grunnlag for utvikling og evaluering av mottiltak for å støtte fremtidige romferder. De viktigste fysiologiske systemene vil bli utforsket før, under og etter de 5 dagene med nedsenking gjennom et batteri av spesifikke tester og målinger. Resultatene vil bli analysert av forskere som spesialiserer seg på hvert felt for å bedre forstå tørrnedsenkingsmodellen, for å sammenligne dens effekter med sengetøymodellen og romfart. Sammenligning med resultater oppnådd i kvinnepopulasjonen vil være en stor del av analysen. De kliniske (uønskede effektene, forsøkspersonens komfort) og operasjonelle aspekter er også en del av studiens sekundære mål.