Un simulateur de RCR conçu pour être utilisé dans l’espace permet d’étudier les variations du flux sanguin dans des conditions de gravité réduite
Le regain d’intérêt pour les missions habitées à destination de la Lune et de Mars soulève d’innombrables défis urgents, notamment celui d’assurer la survie des humains dans des environnements hostiles. Que faire lorsqu’un astronaute ou un touriste de l’espace est victime d’une défaillance cardiaque à des millions de kilomètres de l’hôpital le plus proche?
Afin de préparer les humains à effectuer des voyages spatiaux de longue durée en toute sécurité, une équipe de recherche de l’Université Concordia a mis au point un nouveau simulateur haute-fidélité qui modélise la circulation sanguine (hémodynamique) dans des conditions de gravité réduite.
Le simulateur est constitué d’un mannequin modifié muni d’un système cardiovasculaire imprimé en 3D comprenant un cœur, des valulves cardiaques, des vaisseaux artificiels et une boucle remplie d’un fluide imitant la circulation sanguine. Les essais ont montré que le système reproduisait avec succès les principaux modèles de pression observés au cours d’une réanimation cardiorespiratoire (RCR) efficace sur Terre et générait un flux sanguin constant tant dans des conditions de gravité normale qu’en hypogravité. Ils ont également permis de mettre en lumière des différences mesurables dans la manière dont le corps peut réagir dans des conditions de gravité réduite.
« Nous avons constaté des augmentations importantes des différents types de pression artérielle en microgravité par rapport à la gravité terrestre : les pressions systolique, diastolique, artérielle moyenne et différentielle étaient toutes plus élevées, ce qui a permis de valider notre simulateur cardiaque haute-fidélité », explique l’auteure principale de l’étude Zoé Lord (B. Sc. 2019, B. Sc. 2022), qui poursuit actuellement des études doctorales à l’Université Queen’s.
L’étude a été publiée dans la revue npj Microgravity du groupe Nature.
Mannequin simulateur haute-fidélité qui modélise la circulation sanguine (hémodynamique) dans des conditions de gravité réduite.
Les défis de la réanimation dans l’espace
Les méthodes de RCR les plus courantes pourraient ne pas être efficaces en milieu spatial, compte tenu, entre autres, de l’effet de la gravité réduite sur la circulation sanguine et de l’absence de points d’appui. Bien que plusieurs techniques de RCR adaptées à l’espace aient été proposées, aucune n’a encore été pleinement validée à l’aide de mesures physiologiques internes.
Les études précédentes se sont principalement concentrées sur des indicateurs externes comme la profondeur et le rythme des compressions. Ces indicateurs ne permettant pas de déterminer avec certitude si la circulation sanguine est suffisante pour assurer le fonctionnement des organes vitaux, il devient difficile de savoir quelles techniques sont les plus efficaces.
« La plupart des interventions relatives à la RCR dans l’espace sont davantage axées sur le personnel soignant que sur le patient », affirme Lyes Kadem, professeur au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial, et directeur du Laboratoire de dynamique des fluides cardiovasculaires. « Nous considérons ce système comme un pont qui aidera les praticiens de la médecine spatiale à étudier l’hémodynamique de la circulation sanguine. »
Zoé Lord et Christian Andrade, au premier plan, en conditions de hypogravité
Simulation des conditions de l’espace
Le système a été mis au point et testé dans les laboratoires de l’Université Concordia ainsi qu’à bord d’un avion à réaction Falcon 20 appartenant au gouvernement canadien et spécialement conçu pour les expériences scientifiques spatiales. L’équipe de recherche a mené ses expériences pendant de brefs moments d’hypogravité au cours de deux vols paraboliques effectués sur une période de deux jours.
Avant les vols, le simulateur automatisé a été fixé à un cadre et installé au-dessus du mannequin modifié. Pendant les brefs moments d’hypogravité, il a effectué des compressions précises sur le ventricule cardiaque.
« Cette manœuvre déclenche le processus de circulation du fluide, un substitut du sang, dans l’artère carotide et jusqu’au cerveau », indique Zoé Lord.
Des capteurs ont été placés à des endroits stratégiques du mannequin, notamment à la hauteur de l’artère carotide, principal conduit acheminant le sang du cœur vers le cerveau. Ces capteurs ont permis de suivre les variations de pression en temps réel, ce qui a donné à l’équipe de recherche la possibilité d’observer l’efficacité avec laquelle les compressions faisaient circuler le fluide dans l’organisme.
Christian Andrade (B. Sc. 2026), membre de l’équipe, a collecté et analysé les données en temps réel dans des conditions d’hypogravité.
Des modèles plus réalistes
Zoé Lord souligne que la version actuelle n’est que la première d’une série d’autres qu’elle espère voir réalisées dans l’avenir.
« Nous voulons que les futurs modèles soient plus réalistes sur le plan physiologique que le premier, précise-t-elle. Nous espérons y intégrer une colonne vertébrale, une cage thoracique et une cavité thoracique plus complexe, car le cœur rétrécit lorsqu’une personne se trouve dans l’espace. Nous espérons également améliorer les structures tubulaires et perfectionner les appareils. »
« L’objectif ultime est d’envoyer notre mannequin à bord de la Station spatiale internationale afin de mesurer ce qui se produit dans des conditions réelles de vol spatial. »
Lawrence Leroux, de l’Université de Montréal, a contribué à la recherche menée dans le cadre de cet article.
L’étude a été financée par le Conseil national de la recherche du Canada.
Lisez l’article cité : « A high-fidelity simulator for evaluation of hemodynamic response during cardiopulmonary resuscitation in hypogravity environments ».