Planetenlebensraum-Simulation: Studien zum Knochenstoffwechsel (PlanHab)

Das Risiko eines Knochenverlusts als Reaktion auf Immobilisierung und Raumfahrt ist weithin anerkannt, wobei solche Knochenverluste hauptsächlich in den Beinen auftreten. Die Belastungskräfte in den unteren Extremitäten sind im Raum und während der Bettruhe typischerweise gering, aber Gegenmaßnahmen zur Belastung des Bewegungsapparats können unter diesen Bedingungen induzierte Knochenverluste verhindern oder reduzieren. Obwohl der primäre Ursprung möglicherweise mechanischer Natur ist, werden Knochenverluste bei Astronauten und immobilisierten Patienten wahrscheinlich durch die endokrine und die innere Umgebung moduliert.

Knochenschwund und Osteoporose sind auch bei Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) weit verbreitet. Die am häufigsten diskutierten ätiologischen Faktoren für diese Erkrankung sind Bewegungsmangel, Vitamin-D-Mangel, Hypogonadismus, Kortikosteroideinnahme und Rauchen. COPD ist jedoch mit Gewebehypoxämie verbunden, und es ist unklar, ob Hypoxie per se den Knochenumsatz oder -stoffwechsel beeinflusst.

Das Protokoll der aktuellen Studie standardisiert potenzielle Störfaktoren wie körperliche Aktivität, Umgebungstemperatur, hypoxischen Stimulus und Ernährungszusammensetzung der Ernährung über alle 3 Interventionen hinweg und zielt darauf ab, unser Wissen über die Auswirkungen von Hypoxie und Bettruhe auf den Knochenstoffwechsel und Phospho zu erweitern -Calcic Homöostase.

Vierzehn nicht fettleibige Männer, die ansonsten gesund sind, werden nach einem medizinischen und psychologischen Screening rekrutiert. Sie werden dreimal eingeladen, das Olympische Sportzentrum Planica, Slowenien, zu besuchen, wobei jeder Besuch 31 Tage dauert und durch 5 Monate getrennt ist. Jeder 31-tägige Besuch („Kampagne“) umfasst einen Basisaufnahmezeitraum (5 Tage), 21 Tage Eingriff und einen Erholungszeitraum (5 Tage), wobei 14 Tage nach jedem Eingriff ein Folgebesuch durchgeführt wird. Die 3 Interventionen werden in einem randomisierten Cross-Over-Design zugeteilt: i) Normobare normoxische Bettruhe (NBR; FiO2=21%), ii) Normobare hypoxische ambulante Unterbringung (HAMB; FiO2=14%; ~4000 m simulierte Höhe), und iii) Normobare hypoxische Bettruhe (HBR; FiO2=14 %). Während aller Kampagnen wird ein standardisiertes, sich wiederholendes 14-tägiges Diätmenü angewendet, das aus Lebensmitteln besteht, die üblicherweise in der slowenischen Ernährung konsumiert werden. Die angestrebte Energieaufnahme wird individuell anhand einer modifizierten Benedict-Harris-Formel berechnet, mit Multiplikatoren für den Faktor der körperlichen Aktivität von 1,2 für die HBR- und NBR-Kampagnen und 1,4 für die HAMB-Kampagne, die zur Förderung des Energiegleichgewichts verwendet werden. Die Körpermasse wird während der Kampagnen täglich mit einer Bahre mit Wägezellen überwacht, und die Gesamtkörperzusammensetzung wird vor und unmittelbar nach jedem Eingriff mit Fächerstrahl-Dual-Emissions-Röntgen-Absorptiometrie bestimmt. Die Makronährstoffzusammensetzung der Ernährung wird etwa 17 % Protein, 53 % Kohlenhydrate und 30 % Fett betragen, wobei > 1,1 g Protein pro kg Körpergewicht pro Tag bereitgestellt werden und die tägliche Salzaufnahme (Natriumchlorid) < 10 g beträgt. Das Essen wird in abgewogenen Portionen bereitgestellt und die Probanden werden ermutigt, alle bereitgestellten Lebensmittel zu essen. Nicht verzehrte Lebensmittel werden jedoch gewogen und die tatsächlich verzehrte Menge in einem Ernährungsanalyseprogramm erfasst.

Der Knochenmineralgehalt der Teilnehmer wird zu 5 Zeitpunkten (vor, 3 während und einer nach jedem Eingriff) anhand von pQCT-Scans der Wade und des Oberschenkels bestimmt. Horizontale Scans werden bei 4 %, 14 %, 38 % und 66 % der Tibia (bewertet von ihrem distalen Ende) und bei 4 % und 33 % des Femurs gemacht. 24-Stunden-Urinsammlungen werden vor (2 Zeitpunkten), während (11 Zeitpunkten) und nach (3 Zeitpunkten) jedem Eingriff entnommen und auf den Kalzium- und Phosphatgehalt im Urin sowie auf einen Marker für die Knochenresorption untersucht (N-terminales Telopeptid). Darüber hinaus werden am frühen Morgen vor (2 Zeitpunkten) und während (5 Zeitpunkten) jedem Eingriff nüchterne venöse Blutproben entnommen. Diese werden auf Calcium, Phosphat, knochenspezifische alkalische Phosphatase, Parathormon, 25-Hydroxyvitamin D, Prokollagen-I-N-terminales Propeptid und Regulatoren des Knochenstoffwechsels (Dickkopf-verwandtes Protein 1 und Sclerostin) analysiert.