La gravité est une stimulation permanente pour l'organisme sur terre. La microgravité induit des modifications de nombreuses fonctionnalités, y compris celles du système cardio-vasculaire. Le but de ce travail était d‟étudier les mécanismes des modifications vasculaires induites par les modèles de microgravité. Nous avons conduit nos études chez l‟homme à l‟aide de l‟immersion sèche qui est considérée comme un des modèles reproduisant au mieux la microgravité. L'immersion sèche est le seul modèle de microgravité prolongée à imiter l'absence d‟appui. Notre travail montre que l‟immersion sèche induit une atteinte au niveau microcirculatoire avec une dysfonction endothéliale (étude des microparticules circulantes) et une atteinte de la fonction vasodilatatrice cutanée (étude par iontophorèse couplée au laser Doppler). Cette atteinte vasculaire s'intègre dans un syndrome de déconditionnement cardiovasculaire plus global que nous avons également étudié. Il comprend un nouvel équilibre hydro-sodé qui survient très rapidement, dans les 24 premières heures. Pendant la période de récupération, nous avons observé une augmentation significative du NT-proBNP qui pourrait être un marqueur biologique du déconditionnement cardio-vasculaire. Nos études sur l‟animal avec les modèles d‟hypokinésie et d'inclinaison tête en bas discontinues chroniques suggèrent qu'une translocation augmentée d‟endotoxine et une réduction du métabolisme énergétique en microgravité pourraient participer aux atteintes endothéliales. La dysfonction endothéliale deviendrait ainsi une cible thérapeutique pour des atteintes liées à l‟inactivité physique et à la microgravité.

La suppression du vecteur gravité lors des vols spatiaux normalement orienté de la tête vers les pieds en position debout agit sur les fluides de l’organisme par la perte du gradient de pression hydrostatique, ce qui aboutit à un syndrome de déconditionnement cardio-vasculaire. Cette absence de gravité perturbe également le système vestibulaire, particulièrement les otolithes qui perdent leur capacité à détecter les inclinaisons de la tête. Nous avons conduit nos études chez l’homme à l’aide du modèle d’immersion sèche durant 3 jours ainsi que du modèle d’alitement anti-orthostatique durant 60 jours.Le but de notre premier travail de recherche est d’étudier l’influence du système otolithique sur la régulation du système cardio-vasculaire au travers du réflexe vestibulo-sympathique. Il a pour cela été utilisé des expérimentations de stimulation galvanique pour évaluer la sensibilité otolithique ainsi que des manœuvres de flexion de cou associées à des mesures cardio-vasculaires conventionnelles et de pléthysmographie. Un accéléromètre a, de plus, été utilisé pour quantifier les phases d’activité et d’inactivité.Le but de notre second travail de recherche est d’étudier l’évolution du baroréflexe carotidien au cours des modèles de stimulation d’impesanteur et d’établir d’éventuelles hypothèses d’interaction avec les afférences otolithiques. Il a pour cela été utilisé des mesures de pression artérielle et de fréquence cardiaque en réponse à des stimulations mécaniques des barorécepteurs carotidiens appliquées de façon directe via la technique du collier de pression.Nos résultats ont confirmé que la manœuvre de flexion du cou est bien une stimulation otolithique avec l’apparition des modifications de réactivité otolitiques seulement en décubitus ventral et non en décubitus latéral. Néanmoins le rôle du réflexe vestibulo-sympathique sur la régulation cardio-vasculaire n’est pas clairement mis en évidence. Par ailleurs, la sensibilité du baroréflexe carotidien au cours de ces protocoles n’est pas modifiée.Notre hypothèse générale d’une modification du contrôle cardio-vasculaire en lien avec la réduction de la stimulation otolithique au cours de protocoles de simulation d’impesanteur n’est pas vérifiée. Il reste à comprendre la signification réelle de la manœuvre du head-down neck flexion et son lien avec l’authentique stimulation otolithique qu’elle provoque. Il est vraisemblable que de multiples systèmes sensoriels interviennent dans la régulation cardio-vasculaire en lien avec la gravité. Le rôle spécifique du système vestibulaire sera vraisemblablement mieux appréhendé dans des situations où sa plasticité est le mieux mise en jeu c’est-à-dire en impesanteur réelle. / The removal of the gravity vector during spaceflight normally directed from the head to the feet in the standing position acts on the body fluids by the loss of the hydrostatic pressure gradient, which results in a cardiovascular deconditioning syndrome. This lack of gravity also disturbs the vestibular system, particularly otoliths that lose their ability to detect head tilts. We conducted our studies in humans using the 3-day dry immersion model and the 60-day anti-orthostatic bed rest model. The aim of our first research work is to study the influence of the otolithic system on the regulation of the cardiovascular system through the vestibulo-sympathetic reflex. For this purpose, galvanic stimulation experiments were used to evaluate otolithic sensitivity as well as neck flexion maneuvers associated with conventional cardiovascular and plethysmography measurements. In addition, an accelerometer has been used to quantify the activity and inactivity phases. The aim of our second research project is to study the evolution of the carotid baroreflex during weightlessness simulation models and to establish possible hypotheses of interaction with otolithic afferents. For this purpose, blood pressure and heart rate measurements were used in response to mechanical stimulations of carotid baroreceptors applied directly via the pressure collar technique. Our results confirmed that the neck flexion maneuver is indeed an otolithic stimulation with the appearance of otolitic changes of reactivity only in ventral decubitus and not in lateral decubitus. Nevertheless, the role of vestibulo-sympathetic reflex on cardiovascular regulation is not clearly demonstrated. Moreover, the sensitivity of the carotid baroreflex during these protocols is not modified. Our general hypothesis of a change in cardiovascular control related to the reduction of otolithic stimulation during weightless simulation protocols is not verified. It remains to understand the real meaning of the head-down neck flexion maneuver and its connection with the authentic otolithic stimulation it causes. It is likely that multiple sensory systems are involved in cardiovascular regulation in relation to gravity. The specific role of the vestibular system is likely to be better understood in situations where its plasticity is best brought into play, that is to say in real weightlessness.

Ce travail de thèse a pour but l’étude des douleurs de dos qui surviennent chez l’astronaute présentant davantage de hernies discales par rapport à une population contrôle. Nos recherches visent à comprendre la physiopathologie de ce phénomène et à étudier les conséquences cliniques de ce déconditionnement vertébral qui participe également aux troubles posturaux. Cet axe de recherche est recommandé par les différentes agences spatiales internationales. Pour cela nous avons eu l’opportunité d’analyser les données dans deux modèles d’études des effets de la microgravité : l’immersion sèche (n=11) et l’alitement tête déclive (n=9) et un état analogue, le confinement (n=4). Seuls les principaux résultats de l’immersion sèche, méthode d’étude nouvelle de notre paradigme, sont rapportés dans ce résumé. Celle-ci a permis grâce à l’imagerie et la spectroscopie par résonnance magnétique nucléaire de la colonne vertébrale, d’analyser en 3 dimensions le disque intervertébral et d’objectiver l’augmentation du contenu en eau (+17%) du volume de ce disque (+9,5%). Les variations du tonus des muscles paravertébraux et des membres inférieurs ont été mesurées avec la très récente et non-invasive technologie MyotonPRO. Une diminution du tonus musculaire (-7,3%) a été retrouvée, associée à une atrophie musculaire (-10,6%) ainsi qu’une perte de force démontrée sur les membres inférieurs. Ces résultats, attestant un déconditionnement musculaire, sont cohérents avec le déconditionnement postural immédiatement après immersion sèche. Nous avons également étudié les paramètres d’occlusion dentaire, qui font partie des entrées posturales et peuvent affecter la bonne stabilité du corps. Finalement deux éléments interviennent dans l’explication des dysfonctions vertébrales : l’augmentation de la taille de la colonne liée à celle du volume des disques intervertébraux. On note également une atrophie des muscles paravertébraux, qui joue un rôle majeur dans la posture. Nous avons par ailleurs montré le rôle de l’occlusion dentaire dans le déconditionnement vertébral et postural. En conclusion : le tonus musculaire, la bonne mobilité vertébrale et l’équilibre de l’occlusion dentaire sont des éléments à préserver pendant et après un séjour en impesanteur, afin d’éviter les effets délétères du déconditionnement. / This work focuses on the study of back pain experienced by astronauts, who present with a greater incidence of herniated discs compared to a control population. Our research aims at understanding the physiopathology of this phenomenon and to study the clinical consequences of vertebral deconditioning which also contributes to postural disorders. This line of research has been recommended by the various international space agencies. For this reason, we had the opportunity to analyze data in two models simulating the effects of microgravity: dry immersion (n = 11) and head-down bed rest (n = 9), and a similar state, confinement (n = 4). Only the main results of dry immersion, a new method of studying our paradigm, are reported in this summary. Using magnetic resonance imaging and spectroscopy of the vertebral column, it was possible to analyze the intervertebral disc in 3 dimensions and to objectify the increase in water content (+ 17%) and the increase in intervertebral disc volume (+ 9.5%). Variations in paravertebral and lower limb muscle tone were measured with the very recent, and non-invasive, MyotonPRO technology. A decrease in muscle tone (-7.3%) was found to be associated with muscular atrophy (-10.6%) as well as a loss of strength in the lower limbs. These results, attesting to muscle deconditioning, are consistent with postural impairment immediately after dry immersion. We also studied variations in dental occlusion, which is involved with the maintenance of posture and could affect balance. In summary, two elements are involved in the explanation of vertebral dysfunction: the increase in spine height, related to increased intervertebral discs volume and paravertebral muscles atrophy, which plays a major role in posture. However, we also showed a role of dental occlusion in vertebral and postural deconditioning. In conclusion: muscle tone, good vertebral mobility, and dental occlusion are elements to be preserve during and after an exposure to weightlessness to avoid the deleterious effects of deconditioning.