Ressources pédagogiques  Les participants du challenge

Un docteur qui regarde une image rayon x

Un docteur qui regarde une image rayon x (kckate16, iStockphoto)

Les STIM en contexte

Pourquoi un voyage spatial peut être problématique pour nos os

Parlons sciences
Format
Lisibilité
5.23

Résumé

Pour comprendre la perte osseuse que subit un astronaute dans l’espace, tu dois en savoir un peu plus sur la formation des os et le maintien de leur densité.

As-tu déjà vu des films comportant des scènes où il y avait des voyages dans l’espace? Pour bien des gens, ces voyages semblent une possibilité bien excitante. Et cette impression n’est peut-être pas très loin de la réalité. Le vaisseau spatial Orion de la NASA permet d’envoyer des humains au-delà de l’orbite terrestre, mais personne n’a franchi cette distance depuis 1972!

Attends un peu toutefois avant d’acheter ton billet pour te rendre sur Mars! Peut-être devrais-tu d’abord te renseigner sur les effets qu’un voyage dans l’espace peut avoir sur ton corps, car même une mission spatiale de courte durée non loin de la Terre provoque une perte osseuse chez les astronautes.

Le savais-tu? 

Le terme « espace » est en réalité un raccourci employé pour désigner « l’espace extra-atmosphérique ». Tu vis déjà dans l’espace!

Sur la Terre, tu es soumis à la gravité, c’est-à-dire la force d’attraction qui t’empêche de flotter dans l’atmosphère terrestre. As-tu déjà vu des photos ou des vidéos montrant des astronautes qui flottent à l’intérieur de leur vaisseau spatial? En état d’apesanteur, les astronautes flottent parce que la force la gravité n’est pas très grande dans l’espace. Et, en fait, c’est cette microgravité qui endommage leurs os. 

Tu te demandes pourquoi il en est ainsi? Pour t’aider à comprendre, voyons comment les os se forment dans ton corps et conservent leur densité.

De quoi les os sont-ils faits?

Tes os sont constitués d’un tissu conjonctif qui aide à maintenir ensemble les parties de ton corps. La composition de ton tissu osseux est très similaire à celle de tes cheveux. Par contre, le tissu osseux renferme aussi des minéraux, comme le calcium, qui en assurent la solidité. 

Section d’un os
Composition de l’os, notamment les vaisseaux sanguins, la moelle osseuse, l’os compact et l’os spongieux (© 2019 Parlons sciences à partir d’une image de Pbroks13 [CC BY 3.0] via Wikimedia Commons).

Tout au long de ta croissance, tes os se désintègrent et se régénèrent constamment. Ce processus s’appelle « remodelage osseux ». Deux grands types de cellules sont importants pour la structure osseuse et le maintien de la densité des os. Ces cellules au nom étrange jouent des rôles opposés : 

  1. Les ostéoblastes participent à la formation et à la régénération des os en utilisant des cellules du même type que celles servant à la formation de la graisse, du muscle et du cartilage. 
  2. Les ostéoclastes désintègrent les os en utilisant les mêmes cellules que le système immunitaire. Ces cellules les aident à dissoudre les minéraux à l’extérieur du tissu osseux, ce qui libère du calcium dans l’organisme selon un processus appelé « résorption osseuse ».

Un équilibre entre les ostéoblastes et les ostéoclastes est essentiel pour assurer la santé de tes os.

Forment et effritent les os
Les ostéoblastes participent à la régénération des os. Pendant cette phase, l’os absorbe le calcium. Les ostéoclastes désintègrent les os. Pendant cette phase, du calcium est libéré dans l’organisme (© 2019 Parlons sciences à partir d’une image de Shandristhe azylean [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons).

Comment les os réagissent-ils dans l’espace?

Un déséquilibre dans le remodelage osseux peut être à l’origine d’une maladie des os, par exemple l’ostéoporose. Rappelons que tes os se régénèrent et se désintègrent constamment? Chez les personnes atteintes d’ostéoporose, la désintégration est plus marquée que la régénération. C’est pourquoi leurs os se fragilisent et sont plus sujets aux fractures. 

Lorsqu’ils sont dans l’espace, les astronautes souffrent d’ostéopénie, c’est-à-dire que la masse osseuse de leurs jambes, de leurs hanches et de leur colonne vertébrale se dégrade. Une fois qu’ils sont de retour sur la Terre, la régénération de leurs os peut prendre de trois à quatre ans! 

un os sain et un os affaibli
L’image du centre montre un os spongieux sain. Celle de droite montre un os spongieux fragilisé (Source : Version rognée d’images de Partynia [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).

En faisant subir des examens aux astronautes, les scientifiques ont observé les répercussions de la microgravité sur leur masse osseuse et constaté que la perte osseuse en découlant est semblable à l’ostéoporose. Sous l’effet de la microgravité, leurs os sont soumis à une tension moindre que sur la Terre, principalement parce qu’ils n’ont pas à marcher pour se déplacer. C’est pourquoi leurs os se fragilisent. 

Les scientifiques savent que l’activité physique est importante pour les os. Elle aide à atteindre un juste équilibre entre leur régénération et leur désintégration. Les meilleures activités pour tes os sont celles qui t’obligent à supporter le poids de ton corps, par exemple la marche, la course ou des sports comme le basketball. Or, en raison de la microgravité, il est difficile pour les astronautes de faire de l’exercice dans l’espace. Pour marcher ou courir, ils doivent s’attacher à un tapis roulant au moyen de sangles! 

Cette vidéo de l’Agence spatiale canadienne montre un astronaute canadien faisant de l’activité physique à bord de la Station spatiale internationale (2 min 44 sec).

Le savais-tu? 

À bord de la Station spatiale internationale, les astronautes doivent faire au moins deux heures par jour d’activité physique!

L’astronaute canadien Chris Hadfield subit une tomodensitométrie quantitative
L’astronaute canadien Chris Hadfield subit une tomodensitométrie quantitative. Cet examen vise à obtenir des images détaillées des os de sa cheville après son retour sur la Terre en 2013 (Source : Agence spatiale canadienne).

Comment les scientifiques étudient-ils la perte osseuse dans l’espace?

Les scientifiques font de la recherche sur la perte osseuse à bord de la Station spatiale internationale (SSI). Ils souhaitent ainsi en apprendre davantage sur la perte osseuse dans l’espace et sur Terre. Par exemple, la NASA a un programme appelé « Early Detection of Osteoporosis in Space » (détection précoce de l’ostéoporose dans l’espace - en anglais). Les travaux des chercheurs visent à déterminer les meilleurs moyens d’empêcher la perte osseuse. Le projet pourrait aider les scientifiques à trouver de nouveaux moyens de prévenir cette maladie. 

Les voyages dans l’espace comportent des risques, mais les scientifiques s’efforcent de réduire certains risques, par exemple en ce qui a trait à la perte osseuse. Et qui sait? Peut-être pourront-ils même trouver en cours de route un remède contre l’ostéoporose. 

 

 

Amorces de discussion

Faire des liens
  • Aimerais-tu participer à une mission spatiale de longue durée, même si tu sais maintenant que tes os pourraient en souffrir? Explique pourquoi. 
  • T’es-tu déjà fracturé un os? Dans l’affirmative, quelles ont été les répercussions de cette fracture sur ta vie?
  • Est-ce que des membres de ta famille sont atteints d’ostéoporose? S’agit-il d’hommes ou de femmes?

Faire des liens
  • Aimerais-tu participer à une mission spatiale de longue durée, même si tu sais maintenant que tes os pourraient en souffrir? Explique pourquoi. 
  • T’es-tu déjà fracturé un os? Dans l’affirmative, quelles ont été les répercussions de cette fracture sur ta vie?
  • Est-ce que des membres de ta famille sont atteints d’ostéoporose? S’agit-il d’hommes ou de femmes?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Comment la recherche menée dans l’espace évolue-t-elle alors que le monde se prépare à envoyer des astronautes dans l’espace plus loin que jamais auparavant? 
  • Comment la recherche sur la perte osseuse menée à bord de la Station spatiale internationale peut-elle aider des personnes ici sur la Terre?
Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Comment la recherche menée dans l’espace évolue-t-elle alors que le monde se prépare à envoyer des astronautes dans l’espace plus loin que jamais auparavant? 
  • Comment la recherche sur la perte osseuse menée à bord de la Station spatiale internationale peut-elle aider des personnes ici sur la Terre?
Explorer les concepts
  • Comment les os réagissent-ils à la microgravité? 
  • Quelles sont les cellules qui interviennent dans la régulation de la régénération des os et le maintien de leur densité dans le corps humain? Quel est le rôle de chaque type de cellules? 
  • Qu’est-ce qui peut aider à ralentir la perte osseuse durant une mission spatiale? 
  • D’après toi, serait-il plus facile ou plus difficile de se remettre d’une fracture dans l’espace que sur la Terre? Explique ta réponse. 

Explorer les concepts
  • Comment les os réagissent-ils à la microgravité? 
  • Quelles sont les cellules qui interviennent dans la régulation de la régénération des os et le maintien de leur densité dans le corps humain? Quel est le rôle de chaque type de cellules? 
  • Qu’est-ce qui peut aider à ralentir la perte osseuse durant une mission spatiale? 
  • D’après toi, serait-il plus facile ou plus difficile de se remettre d’une fracture dans l’espace que sur la Terre? Explique ta réponse. 

Littératie médiatique
  • As-tu déjà regardé des films comportant des scènes où il y avait une mission habitée dans l’espace? Dans l’affirmative, lesquels? Ces films montraient-ils des problèmes de santé attribuables à la microgravité? Cite des exemples précis.
  • As-tu déjà eu connaissance de reportages sur la santé d’astronautes qui avaient été en mission dans l’espace pendant longtemps? Dans l’affirmative, indique les éléments intéressants de ces reportages ou des conclusions d’études dans le domaine. 

Littératie médiatique
  • As-tu déjà regardé des films comportant des scènes où il y avait une mission habitée dans l’espace? Dans l’affirmative, lesquels? Ces films montraient-ils des problèmes de santé attribuables à la microgravité? Cite des exemples précis.
  • As-tu déjà eu connaissance de reportages sur la santé d’astronautes qui avaient été en mission dans l’espace pendant longtemps? Dans l’affirmative, indique les éléments intéressants de ces reportages ou des conclusions d’études dans le domaine. 

Suggestions pour l'enseignement

  • L’article et la vidéo peuvent servir pour l’enseignement et l’apprentissage dans les domaines de la santé et du corps humain, de la nature de la science et de l’espace en ce qui a trait aux astronautes et aux répercussions des voyages dans l’espace sur les systèmes et appareils du corps humain. Ils introduisent les concepts de gravité, d’apesanteur, de microgravité, de tissu conjonctif, de tissu osseux, de calcium, de remodelage osseux, d’ostéoclaste, d’ostéoblaste, de système immunitaire, de résorption osseuse et de Station spatiale internationale. 
  • Après avoir lu l’article, les élèves peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage axée l’élaboration d’une toile de définition du concept pour renforcer le concept des os sains. Il est possible de télécharger les fiches reproductibles en format [Document Google] ou [.pdf]. 
  • L’enseignant ou enseignante peut aussi présenter aux élèves une vidéo montrant des astronautes qui font de l’exercice dans l’espace pour aider à maintenir la santé et la solidité de leurs os. Quelques vidéos de l’ancien astronaute canadien Robert Thirsk en pleine action à bord de la Station spatiale internationale sont proposées sur le site Web de l’Agence spatiale canadienne
  • Comme exercice pratique, les élèves peuvent comparer la structure d’os sains ou malades avec certaines tablettes de chocolat. Par exemple, la Crunchie de Cadbury est semblable à un os spongieux sain, tandis que la AERO de Nestlé comporte de gros trous comparables à ceux qui se forment dans un os affaibli par l’ostéoporose. 
  • Les élèves peuvent aussi faire une recherche simple pour examiner ce qui se passe au fil du temps quand on laisse un os de poulet dans du vinaigre. Le vinaigre dissoudra le calcium, ce qui rendra l’os mou et souple. Cette expérience montrera le rôle du calcium dans le maintien d’une structure osseuse solide. 
  • Pour approfondir l’exploration des effets de l’environnement spatial sur les systèmes et appareils du corps humain, l’enseignant ou enseignante peut faire participer la classe au projet Espace vivant (www.parlonssciences.ca/espacevivant).
Suggestions pour l'enseignement

  • L’article et la vidéo peuvent servir pour l’enseignement et l’apprentissage dans les domaines de la santé et du corps humain, de la nature de la science et de l’espace en ce qui a trait aux astronautes et aux répercussions des voyages dans l’espace sur les systèmes et appareils du corps humain. Ils introduisent les concepts de gravité, d’apesanteur, de microgravité, de tissu conjonctif, de tissu osseux, de calcium, de remodelage osseux, d’ostéoclaste, d’ostéoblaste, de système immunitaire, de résorption osseuse et de Station spatiale internationale. 
  • Après avoir lu l’article, les élèves peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage axée l’élaboration d’une toile de définition du concept pour renforcer le concept des os sains. Il est possible de télécharger les fiches reproductibles en format [Document Google] ou [.pdf]. 
  • L’enseignant ou enseignante peut aussi présenter aux élèves une vidéo montrant des astronautes qui font de l’exercice dans l’espace pour aider à maintenir la santé et la solidité de leurs os. Quelques vidéos de l’ancien astronaute canadien Robert Thirsk en pleine action à bord de la Station spatiale internationale sont proposées sur le site Web de l’Agence spatiale canadienne
  • Comme exercice pratique, les élèves peuvent comparer la structure d’os sains ou malades avec certaines tablettes de chocolat. Par exemple, la Crunchie de Cadbury est semblable à un os spongieux sain, tandis que la AERO de Nestlé comporte de gros trous comparables à ceux qui se forment dans un os affaibli par l’ostéoporose. 
  • Les élèves peuvent aussi faire une recherche simple pour examiner ce qui se passe au fil du temps quand on laisse un os de poulet dans du vinaigre. Le vinaigre dissoudra le calcium, ce qui rendra l’os mou et souple. Cette expérience montrera le rôle du calcium dans le maintien d’une structure osseuse solide. 
  • Pour approfondir l’exploration des effets de l’environnement spatial sur les systèmes et appareils du corps humain, l’enseignant ou enseignante peut faire participer la classe au projet Espace vivant (www.parlonssciences.ca/espacevivant).

En savoir plus

L'activité physique dans l'espace Agence spatiale canadienne -- Cette vidéo montre différents exercices que font les astronautes à bord de la Station spatiale internationale pour rester en santé. Elle analyse dans une optique générale des problèmes de santé dans l’espace.

Ce que l'espace a fait au corps de Thomas Pesquet BFM TV -- Cette article (avec vidéo) analyse les problèmes physiques et mentaux éprouvés par les astronautes qui passent une longue période dans l’espace.

Machines d’entraînement à bord de la Station spatiale internationale (2017) Agence Spatiale Européenne -- Thomas Pesquet, astronaute de l’Agence Spatiale Européenne, donne une visite guidée des appareils d’exercice de la Station spatiale internationale (vidéo, 2 min 37 sec). Les astronautes passent environ deux heures par jour à faire des routines d’exercice physique.

Références

Canadian Space Agency. (n.d.). What happens to bones in space?

International Osteoporosis Foundation. (2016, février  18). The link between space flight and osteoporosis.

Kirsten, J. (2018). Types of bone cells.

NIH Osteoporosis and Related Bone Diseases National Resource Center. (2018). What is bone?