Le repos en position tête basse (Head-Down Tilt Bed Rest ; HDTBR) est un modèle analogique terrestre utilisé pour étudier la physiopathologie du syndrome neuro-oculaire associé aux vols spatiaux (Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome ; SANS).
Le SANS est un syndrome provoqué par le déplacement des fluides vers la tête pendant les vols spatiaux. Les principales manifestations sont un œdème papillaire, un aplatissement du globe oculaire, une hypermétropisation et une congestion choroïdienne. Environ 70 % des astronautes présentent au moins un de ces signes. Auparavant, on l’appelait syndrome de déficience visuelle et pression intracrânienne (VIIP) 1).
Depuis 1990, l’HDTBR est un modèle analogique terrestre internationalement établi consistant en un alitement prolongé avec une inclinaison de la tête à -6 degrés. Les vols paraboliques ont une durée d’exposition trop courte pour induire des symptômes de type SANS, c’est pourquoi l’HDTBR, qui permet de reproduire un déplacement continu des fluides, est privilégié 1).
Les premières études d’HDTBR de 70 jours n’ont pas induit de signes de SANS. On a pensé que l’utilisation d’oreillers ou le soutien des avant-bras pouvaient avoir abaissé la pression intracrânienne (PIC). Par la suite, l’adoption d’un protocole strict interdisant oreillers et soutien des bras a permis d’induire avec succès des plis choroïdiens et un œdème papillaire 1).
Lors des missions de courte durée (moins de 6 mois), 29% des astronautes signalent une baisse de l’acuité visuelle due à une hypermétropie, et 60% lors des missions de longue durée (6 mois ou plus)1).
QPourquoi l'HDTBR est-elle réglée à un angle de 6 degrés ?
A
Depuis 1990, une inclinaison de la tête à 6 degrés est établie comme standard international pour simuler la microgravité. Cet angle induit de manière continue un déplacement des fluides vers la tête, similaire à celui observé lors des vols spatiaux.
Céphalées : Au stade précoce de l’étude, des céphalées pulsatiles, compressives et bilatérales apparaissent. Elles seraient dues au déplacement des fluides vers la tête.
Impact mineur sur la fonction visuelle : Les conditions expérimentales n’affectent pas significativement la fonction visuelle des participants. Aucun sujet n’a signalé d’anomalie visuelle grave.
Légère myopisation : Une myopie transitoire peut survenir en raison d’une activité prolongée en vision de près.
Modifications cognitives (chez les sujets développant un SANS) : Dans l’étude HDTBR avec intervention hypercapnique, les sujets développant un SANS ont montré une dépendance accrue aux indices visuels lors des tests cognitifs1).
QLa vision peut-elle diminuer en HDTBR ?
A
Les tests d’acuité visuelle et de réfraction restent dans les limites normales. Aucun changement significatif n’a été observé dans le test d’Amsler, le test du point rouge, le champ visuel par confrontation ou le test de vision des couleurs. Aucun sujet n’a signalé d’anomalie visuelle grave.
Les principales observations des modifications oculaires observées dans le HDTBR sont présentées ci-dessous.
Épaississement de la RNFL : après 14 jours de HDTBR, l’épaisseur rétinienne péripapillaire supérieure augmente en moyenne de +4,69 μm, et après 70 jours de HDTBR, de +11,50 μm en moyenne1).
Œdème papillaire : après 30 jours de HDTBR strict, un œdème papillaire de grade 1 à 2 selon Frisén a été observé chez 45 % des sujets1). Les sujets soumis à 30 jours de HDTBR ont tendance à présenter un œdème papillaire plus sévère que les astronautes.
Augmentation du TRT péripapillaire : les sujets soumis à un HDTBR strict présentent une augmentation du TRT péripapillaire plus importante que les astronautes (différence moyenne de 37 μm)1).
Plis choroïdiens : ils peuvent survenir en l’absence d’augmentation de l’épaisseur choroïdienne.
Modifications de l’épaisseur choroïdienne : dans les études à court terme de 3 jours, une augmentation statistiquement significative est observée. Après 60 minutes de HDT, une augmentation de l’épaisseur choroïdienne sous-fovéale a été confirmée1). En revanche, les astronautes présentent une augmentation de l’épaisseur choroïdienne plus importante que les sujets HDTBR (différence moyenne de 27 μm)1).
Élargissement de la gaine du nerf optique : confirmé par échographie orbitaire lors d’une HDT de 60 minutes, similaire aux observations chez les astronautes un mois après le vol 1).
Augmentation de la pression intraoculaire : +1,42 mmHg en 14 jours, +1,79 mmHg en 70 jours, mais restant dans les limites normales.
Les signes non observés dans l’HDTBR incluent l’aplatissement du globe oculaire, l’hypermétropisation et les taches cotonneuses1). L’acuité visuelle, la réfraction, la longueur axiale, la profondeur de la chambre antérieure et la courbure cornéenne ne montrent pas de changements significatifs.
Le tableau ci-dessous compare les principales observations entre l’HDTBR et le SANS (vol spatial).
Le mécanisme fondamental de la HDTBR est le déplacement des fluides vers la tête dû à la modification de la direction du vecteur gravitationnel appliqué au corps. Cela induit des changements de distribution des fluides similaires à ceux observés en microgravité.
Les facteurs contributifs incluent la différence de pression à travers la lame criblée, la congestion choroïdienne, le déplacement du volume cérébral, l’orientation des faisceaux de fibres de collagène et la distribution hydrostatique des fluides.
Les principaux facteurs de risque sont les suivants.
Durée HDTBR : le facteur de risque le plus important. Une HDTBR de 70 jours entraîne une augmentation de l’épaisseur rétinienne péripapillaire environ 2,5 fois plus marquée qu’une HDTBR de 14 jours.
Myopie : les myopes modérés présentent une pression intraoculaire maximale plus élevée (19,8 mmHg contre 18,6-18,7 mmHg) et une augmentation significativement plus importante de la pression intraoculaire que les emmétropes et les myopes légers1).
Prédisposition génétique : les porteurs des allèles MTRR 66G et SHMT1 1420 C présentent un œdème papillaire plus important, selon les rapports1). Il s’agit de polymorphismes génétiques impliqués dans le métabolisme des vitamines B.
Caractéristiques anatomiques de la papille optique : une papille optique dense avec une petite excavation papillaire pourrait être un facteur de risque.
Antécédents d’exposition à l’HDTBR : une augmentation du TRT de plus de deux fois par rapport à la précédente a été rapportée chez les sujets ayant participé plusieurs fois, ce qui suggère qu’une exposition répétée pourrait augmenter le risque.
QAprès avoir subi une HDTBR, le risque d'une prochaine exposition est-il plus élevé ?
A
Chez les sujets ayant participé à plusieurs expériences HDTBR, une augmentation du TRT de plus de deux fois par rapport à la précédente a été rapportée. Une exposition répétée pourrait augmenter le risque, ce qui doit être pris en compte dans la sélection des participants à l’étude.
Les principales méthodes d’examen utilisées pour évaluer et surveiller les changements oculaires observés dans l’HDTBR sont présentées ci-dessous.
OCT (tomographie par cohérence optique) : permet d’évaluer quantitativement l’épaississement de la RNFL, l’œdème de la papille optique et les changements d’épaisseur de la choroïde. Les modifications de la membrane de Bruch peuvent également être observées. L’Heidelberg Spectralis (OCT2) offre une résolution numérique plus élevée.
OCTA (angiographie OCT) : méthode d’angiographie tridimensionnelle non invasive introduite à l’ISS en décembre 2018. Elle permet d’évaluer les modifications vasculaires de la rétine et de la choroïde1).
IRM : permet de quantifier la dilatation de la gaine du nerf optique, la tortuosité du nerf optique et les modifications de la profondeur de la cavité vitréenne. L’IRM de contraste de phase permet de mesurer le débit sanguin, la section transversale et la vitesse du flux sanguin dans la veine jugulaire interne, l’artère vertébrale et l’artère carotide interne.
Échographie orbitaire : méthode simple permettant de détecter une dilatation de la gaine du nerf optique1).
Mesure non invasive de la PIC (phase de recherche) : La ponction lombaire pour mesurer directement la PIC est invasive et impossible en vol. Les changements de phase des émissions otoacoustiques par produit de distorsion (DPOAE) sont étudiés comme outil potentiel de surveillance non invasive de la PIC1). Les potentiels évoqués vestibulaires myogéniques oculaires (oVEMP) sont également examinés comme outil de surveillance non invasive de la PIC car ils sont liés à l’angle de tête basse 1).
Tests génétiques et sanguins : les taux de vitamines B et les SNP (MTRR 66G, SHMT1 1420C) sont utilisés pour évaluer les facteurs de risque.
Les examens ophtalmologiques de base (acuité visuelle, réfraction sous cycloplégie, fond d’œil, grille d’Amsler, vision des couleurs, etc.) restent tous dans les limites normales.
HDTBR est un modèle expérimental et non un « traitement » au sens habituel. Ce qui suit présente les résultats de la recherche sur les contre-mesures contre le SANS.
LBNP
Pression négative du bas du corps (LBNP) : méthode non invasive qui applique une pression négative sur le bas du corps pour ramener les fluides vers la périphérie.
Preuves : une LBNP de -20 mmHg a supprimé l’augmentation du diamètre de la gaine du nerf optique et a atténué de 40 % la dilatation choroïdienne après 3 jours d’HDTBR1). Une suppression de l’augmentation du volume du LCR après 5 heures d’HDTBR a également été démontrée1).
Évaluation : considérée actuellement comme la contre-mesure la plus prometteuse.
Manchette fémorale
Manchon de compression veineuse (VTC) : Une réduction de la précharge cardiaque et de la dilatation du système veineux jugulaire a été rapportée chez les membres d’équipage de l’ISS. Cela diminue le volume d’éjection systolique, la section transversale de la veine jugulaire interne et la pression intraoculaire.
Limites : Aucun effet direct sur la distribution du LCR ou la PIC. Pas de différence significative de l’épaisseur choroïdienne péripapillaire ni du diamètre de la gaine du nerf optique après 15° HDT + 60 mmHg de manchon fémoral pendant 10 minutes1).
Gravité artificielle
Gravité artificielle par centrifugeuse : exposition à une centrifugeuse pendant 30 minutes chaque jour.
Limites : Une exposition de 30 minutes était insuffisante pour supprimer les plis choroïdiens et l’œdème de la papille optique. Les causes possibles incluent une durée d’exposition limitée, une force G insuffisante au niveau oculaire et l’implication de mécanismes sous-jacents différents 1).
Dans une étude de 70 jours de HDTBR non hypercapnique utilisant le protocole iRAT de la NASA (entraînement intégré de résistance et aérobie), aucune différence significative n’a été observée entre le groupe d’exercice et le groupe témoin concernant l’épaisseur rétinienne et l’œdème de la papille optique 1). Cependant, une pression intraoculaire légèrement plus élevée (moins de 1 mmHg) a été notée dans le groupe d’exercice. Il a été démontré que des exercices aérobies modérés de courte durée, de résistance et de haute intensité par intervalles sont associés à une baisse de la pression intraoculaire1).
QPourquoi la pression négative des membres inférieurs (LBNP) est-elle considérée comme une contre-mesure prometteuse ?
A
Une LBNP de -20 mmHg a montré une suppression de l’augmentation du diamètre de la gaine du nerf optique, une atténuation de 40 % de la dilatation choroïdienne après 3 jours de HDTBR et une suppression de l’augmentation du volume de LCR 1). Le mécanisme de ramener les fluides vers la périphérie, inhibant directement le déplacement céphalique des fluides, est considéré comme supérieur à d’autres contre-mesures.
Actuellement, trois hypothèses principales sont proposées pour la physiopathologie du SANS 1).
Hypothèse d'augmentation de la PIC
Mécanisme : Déplacement de fluide vers la tête → congestion veineuse → augmentation de la PIC → symptômes oculaires.
Limites : La ponction lombaire après le vol montre des valeurs normales à légèrement élevées (21-28,5 cm H₂O). Absence de symptômes typiques de l’HTIC (céphalées, acouphènes pulsatiles). L’œdème papillaire persiste 6 mois après le vol, alors que dans l’HTIC, il s’améliore rapidement avec la baisse de pression. Difficile à expliquer uniquement par l’augmentation de la PIC.
Hypothèse de compartimentation du LCR
Mécanisme : En microgravité, la pression du LCR dans la gaine du nerf optique augmente localement par un mécanisme de valve unidirectionnelle. L’équilibre de pression avec l’espace sous-arachnoïdien crânien est incomplet.
Importance : Explique pourquoi l’œdème papillaire persiste même avec une PIC normale à légèrement élevée.
Hypothèse de déplacement vers le haut du cerveau
Mécanisme : En microgravité, le cerveau subit une légère rotation et un déplacement vers le haut, ce qui entraîne une traction vers le haut du chiasma optique et une compression de la gaine du nerf optique.
Preuve : L’IRM a montré une augmentation de la longueur du nerf optique après le vol (0,80 ± 0,74 mm)1).
Il existe plusieurs différences importantes entre l’HDTBR et le vol spatial.
Degré d’expansion choroïdienne : Dans l’HDTBR, l’expansion choroïdienne n’est pas aussi importante que pendant le vol spatial, car la gravité selon l’axe vertical (Gz) est toujours présente et génère un poids tissulaire.
Mécanisme de formation des plis choroïdiens : Dans l’HDTBR, des plis choroïdiens peuvent apparaître sans augmentation de l’épaisseur choroïdienne, ce qui suggère que l’épaississement choroïdien n’est pas une condition nécessaire à leur formation.
Changement de pression intraoculaire : Dans le HDTBR, il n’y a pas de baisse de la pression intraoculaire, donc le mécanisme de formation des plis choroïdiens rétiniens par combinaison d’une baisse de la pression intraoculaire et d’une augmentation de la PIC ne s’applique pas.
Comparaison avec l’IIH : Seulement 10 % des patients atteints d’IIH avec œdème papillaire présentent des plis choroïdiens à l’SD-OCT, et l’augmentation isolée de la PIC ne peut pas induire de plis choroïdiens chez tous les patients.
Degré d’augmentation de la PIC : Les sujets HDTBR peuvent subir une PIC légèrement plus élevée que les astronautes, ce qui pourrait contribuer à la différence de sévérité de l’œdème papillaire.
Selon la revue d’Ong et al. (2021), la perfusion cérébrale diminue chez tous les sujets pendant le HDTBR. Cependant, les sujets développant des symptômes SANS maintenaient une perfusion plus élevée que les non-développeurs1).
Aucun changement significatif de la réactivité cérébrovasculaire ou de la réponse ventilatoire à l’hypercapnie n’a été observé sous hypercapnie (environ 4 mmHg PCO₂)1).
Introduction de l’OCTA dans l’ISS (décembre 2018) : En comparant les données du système vasculaire rétinien pendant les vols spatiaux avec les résultats du HDTBR, on espère mieux comprendre l’impact des déplacements liquidiens sur la circulation rétinienne et choroïdienne1).
Développement de méthodes non invasives de mesure de la PIC : Les changements de phase des émissions otoacoustiques (OAE) sont étudiés comme candidats pour la surveillance de la PIC dans l’ISS, et des tests en HDTBR sont en cours1). L’oVEMP, également lié à l’angle de tête basse, est considéré comme un outil prometteur de surveillance non invasive de la PIC1).
Adaptation à l’ère du tourisme spatial privé : Avec l’émergence d’entreprises spatiales privées comme SpaceX et Blue Origin, le HDTBR de courte durée pourrait être appliqué au dépistage de la sensibilité au déplacement céphalique des fluides chez le grand public 1).
Dépistage génétique : Les polymorphismes MTRR et SHMT1 ont été identifiés comme facteurs de risque, et des recherches sont en cours pour déterminer si le HDTBR peut être utilisé pour le dépistage génétique des candidats astronautes1).
Contre-mesures non vérifiées : de nombreuses contre-mesures telles que les régimes alimentaires, les suppléments vitaminiques, les médicaments topiques et oraux restent encore non vérifiées1).
Défis pour les missions habitées vers Mars : Pour les missions martiennes de 1 à 3 ans, il est urgent d’élucider la pathophysiologie du SANS, d’identifier les facteurs de risque et de développer des contre-mesures1).
En tant qu’analogue terrestre, le HDTBR présente les limites suivantes 1) : petite taille d’échantillon, difficulté de recrutement des sujets, différence de condition physique avec les astronautes, absence de standardisation du protocole, et présence de conditions non conformes au vol spatial telles que le contact dorsal.
Ong J, Lee AG, Moss HE. Head-Down Tilt Bed Rest Studies as a Terrestrial Analog for Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome. Front Neurol. 2021;12:648958.
Taibbi G, Cromwell RL, Zanello SB, Yarbough PO, Ploutz-Snyder RJ, Godley BF, et al. Ocular Outcomes Comparison Between 14- and 70-Day Head-Down-Tilt Bed Rest. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2016;57(2):495-501. PMID: 26868753.
He Y, Karanjia R, Zhang X, Wanderer D, Walker E, Lee SH, et al. Optic Nerve Vasculature and Countermeasure Assessment in a Bedrest Analogue of Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome. Am J Ophthalmol. 2025;278:317-327. PMID: 40545016.
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