Účinky odlehčení celého těla na fyziologické funkce

K rychlé ztrátě kosterního svalstva dochází v extrémních fyziologických podmínkách, zejména v rámci intenzivní péče, hypoxie a během kosmických letů. Příčina této zrychlené ztráty není známa; intervence zaměřené na zpomalení poklesu však mohou mít hluboký vliv na kvalitu života po operaci a z hlediska vesmírných expedic na schopnost dokončit kritické úkoly mise. Současné dostupné metodiky pro měření celkové hmoty kosterního svalstva mají navíc omezení, nejsou přesné (antropometrie a analýza bioelektrické impedance (BIA)) nebo jsou nepohyblivé a nákladné (duální rentgenová absorptiometrie (DXA) a zobrazování magnetickou rezonancí (MRI)) .

Primárním cílem této studie je prozkoumat úbytek kosterního svalstva celého těla vyvolaný 7 po sobě jdoucími dny celotělové imobilizace pomocí tří nezávislých metod; duální rentgenová absorpciometrie (DXA), zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) a ředění D3-kreatinu (D3-cr). Zaměřuje se také na řadu sekundárních cílů, které mají společný cíl změřit dopad 7denní imobilizace na HBF; 1. Svalová, nervosvalová a kardiovaskulární adaptace; 2. Neurofyziologie, architektura spánku a kognice; 3. Řada specifických opatření pro kosmické lety, jejichž cílem je charakterizovat zásah navrhovaný v rámci této studie (hyper-buoyancy flotation (HBF) odpočinek na lůžku) jako alternativní pozemní analog pro pozorování fyziologické reakce na mikrogravitaci.

Svalový, neuromuskulární a kardiovaskulární výzkum provádí King's College London Center of Human & Aerospace Physiological Sciences (KCL CHAPs) a sahá od měření změny celého těla až po buněčnou adaptaci. Celková hmota kosterního svalstva bude měřena pomocí DXA, MRI a D3-cr a také průřezová plocha jedné svalové skupiny (quadriceps) pomocí ultrazvuku. Biopsie bude odebrána ze stejné svalové skupiny (quadriceps) za účelem prozkoumání změn v syntéze svalových proteinů (MPS), velikosti myovlákna, síly a poměru protein:DNA. Bude také měřena svalová výkonnost, od výdeje síly celého těla pomocí skoku protipohybu až po sílu vyjádřenou trupem, kvadricepsem, lýtkem a hmatem. Svalový tonus bude měřen u tří flexorů a tří extenzorů v lýtku, předloktí a spodní části zad. Dále budou hodnoceny plantarflexní svaly v lýtku, změřena propriocepce kotníku, maximální síla a povrchové EMG mediálního gastrocnemia. Budou odebrány vzorky krve za účelem rozlišení změn imunity a kostních markerů. Pomocí ultrazvuku a MRI bude změřena výška subjektu a rozlišena morfologie meziobratlové ploténky.

Měření neuromuskulárního a svalového výkonu budou prováděna současně. Elektrická aktivita produkovaná kosterními svaly bude zaznamenávána a vyhodnocována pomocí elektromyografie (EMG). Před expresí síly testovaného kvadricepsu budou také umístěny podložky, aby byl sval elektricky stimulován a aby byla změřena maximální mimovolní síla. Nakonec bude provedeno vyhodnocení cyklického ergometru, kde se výkon postupně zvyšuje a stanoví se maximální aerobní využití (VO2max).

Neurofyziologie, architektura spánku a kognitivní výzkum budou probíhat ve spolupráci s Centrem plasticity spánku a mozku (Department of Neuroimaging, IoPPN) a Centrem pro poruchy spánku v Guy's Hospital. Tato studie se bude zabývat všemi následnými změnami v architektuře spánku a neurofyziologii. Budou také zkoumány jakékoli související kognitivní nebo mozkové strukturální změny, které mohou být vyvolány 1 týdnem imobilizace celého těla.

Naznačené postupy jsou navrženy tak, aby vyhodnotily známé fyziologické adaptace, ke kterým dochází v důsledku mikrogravitačního prostředí, a proto se ukázaly jako užitečné srovnávací nástroje, z nichž lze model HBF vyhodnotit.

Šestnáct mužských subjektů (18-40 let) bude přijato k provedení testovacích postupů před a po 7denním kontrolním období, kdy budou pokračovat ve svých obvyklých činnostech a bude jim poskytnut celkový (kontrolovaný) příjem kalorií a před a po 7denním období vykládky, kdy budou subjekty muset zůstat na lůžku s hyperbuoyancy flotation (HBF).