Le présent travail de Doctorat porte sur l’adaptation et le déconditionnement cardiovasculaire chez l’astronaute en microgravité réelle prolongée, en microgravité simulée de courte durée (avec et sans contremesures par hypergravité), et en confinement de longue durée. Afin de répondre à cette thématique, 3 études expérimentales sur l’humain ont été réalisées, et de fait, ce présent travail de Doctorat se divise en 3 parties distinctes. La première est la mission « Mars 500 » qui comprend un confinement de 520 jours de 6 sujets-volontaires. La seconde est le projet « Vessel Imaging » qui comprend un vol spatial respectif de 6 mois à bord de la « Station Spatiale Internationale (ISS) » de 10 sujets-astronautes. La troisième est l’étude «Short Time Bed-Rest (STBR)» (12 sujets) qui comprend une courte période de microgravité simulée par alitement prolongé à -6° (5 jours) avec et sans l’utilisation de deux contremesures cardiovasculaires par hypergravité (continue ou intermittente). / This PhD work focuses on astronaut cardiovascular adaptation and deconditioning in real prolonged microgravity, short simulated microgravity (with and without countermeasures) and long-term confinement. To answer to this topic 3 humans experimental studies have been performed, and thus the present PhD work is divided into 3 distinct parts . The first one is the mission « Mars 500 » which consists in 520-days confinement with 6 subjects-volunteers mission. The second is the project « Vessel Imaging » whitch consit in a 6-months spaceflight aboard the « International Space Station » with 10 subjects-astronauts. The third is the « Short Time Bed -Rest (STBR) » study (12 subjects) which consist in a short period of bedrest (-6°, 5 days) with and without the use of two cardiovascular countermeasures by hypergravity (continuous or intermittent).

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.