Die Auswirkungen der Ganzkörperentlastung auf die physiologische Funktion

Der rasche Verlust der Skelettmuskulatur tritt unter extremen physiologischen Bedingungen auf, insbesondere auf der Intensivstation, bei Hypoxie und während des Weltraumflugs. Die Ursache für diesen beschleunigten Verlust ist unbekannt; Interventionen, die darauf abzielen, den Rückgang zu verlangsamen, können jedoch tiefgreifende Auswirkungen auf die Lebensqualität nach der Operation und, in Bezug auf Weltraumexpeditionen, auf die Fähigkeit haben, missionskritische Aufgaben zu erfüllen. Darüber hinaus sind die derzeit verfügbaren Methoden zur Messung der gesamten Skelettmuskelmasse begrenzt, ungenau (Anthropometrie und bioelektrische Impedanzanalyse (BIA)) oder unbeweglich und kostspielig (doppelte Röntgenabsorptiometrie (DXA) und Magnetresonanztomographie (MRT)). .

Das Hauptziel dieser Studie ist es, den durch 7 aufeinanderfolgende Tage Ganzkörperimmobilisierung verursachten Ganzkörper-Skelettmuskelverlust mit drei unabhängigen Methoden zu untersuchen; duale Röntgenabsorptiometrie (DXA), Magnetresonanztomographie (MRI) und D3-Kreatin-Verdünnung (D3-cr). Es werden auch eine Reihe sekundärer Ziele angestrebt, die das gemeinsame Ziel haben, die Auswirkungen einer 7-tägigen Immobilisierung auf HBF zu messen; 1. Muskel-, neuromuskuläre und kardiovaskuläre Anpassung; 2. Neurophysiologie, Schlafarchitektur und Kognition; 3. Eine Reihe von raumfahrtspezifischen Maßnahmen, die darauf abzielen, die in dieser Studie vorgeschlagene Intervention (Hyper-Buoyancy Flotation (HBF) Bettruhe) als alternatives bodengestütztes Analogon zur Beobachtung der physiologischen Reaktion auf Mikrogravitation zu charakterisieren.

Die muskuläre, neuromuskuläre und kardiovaskuläre Forschung wird vom King's College London Centre of Human & Aerospace Physiological Sciences (KCL CHAPs) durchgeführt und reicht von der Messung der Ganzkörperveränderung bis zur zellulären Anpassung. Die gesamte Skelettmuskelmasse wird mit DXA, MRI und D3-cr sowie die Querschnittsfläche einer einzelnen Muskelgruppe (Quadrizeps) mit Ultraschall gemessen. Aus derselben Muskelgruppe (Quadrizeps) wird eine Biopsie entnommen, um Veränderungen in der Muskelproteinsynthese (MPS), Myofasergröße, Kraft und Protein: DNA-Verhältnis zu untersuchen. Auch die Muskelleistung wird gemessen, von der Ganzkörperleistung mit einem Gegenbewegungssprung bis hin zur Kraft, die durch Rumpf, Quadrizeps, Wade und Handgriff ausgedrückt wird. Der Muskeltonus wird in drei Beuge- und drei Streckmuskeln in Wade, Unterarm und unterem Rücken gemessen. Die Plantarflexionsmuskulatur in der Wade wird weiter beurteilt, wobei die Knöchelpropriozeption, die maximale Kraft und das Oberflächen-EMG des medialen Gastrocnemius gemessen werden. Blutproben werden entnommen, um Veränderungen der Immunität und Knochenmarker zu unterscheiden. Die Körpergröße des Probanden wird gemessen und die Bandscheibenmorphologie mit Ultraschall und MRT unterschieden.

Die neuromuskulären und Muskelleistungsmessungen werden gleichzeitig durchgeführt. Die elektrische Aktivität der Skelettmuskulatur wird mittels Elektromyographie (EMG) aufgezeichnet und ausgewertet. Vor dem zu testenden Kraftausdruck des Quadrizeps werden auch Pads für den elektrisch zu stimulierenden Muskel und für die Messung einer maximalen unwillkürlichen Kraft positioniert. Abschließend wird eine Fahrradergometer-Bewertung durchgeführt, bei der die Leistung schrittweise gesteigert und die maximale aerobe Auslastung (VO2max) bestimmt wird.

Die Untersuchungen zu Neurophysiologie, Schlafarchitektur und Kognition werden in Zusammenarbeit mit dem Sleep and Brain Plasticity Center (Department of Neuroimaging, IoPPN) und dem Sleep Disorders Center am Guy's Hospital durchgeführt. Diese Studie wird alle sich daraus ergebenden Veränderungen in der Schlafarchitektur und Neurophysiologie untersuchen. Alle damit verbundenen kognitiven oder hirnstrukturellen Veränderungen, die durch eine einwöchige Ganzkörperimmobilisierung induziert werden können, werden ebenfalls untersucht.

Die skizzierten Verfahren sind darauf ausgelegt, bekannte physiologische Anpassungen zu bewerten, die als Folge einer Mikrogravitationsumgebung auftreten, und erweisen sich daher als nützliche Vergleichswerkzeuge, anhand derer das HBF-Modell bewertet werden kann.

Sechzehn männliche Probanden (18–40 Jahre) werden rekrutiert, um Testverfahren vor und nach einer 7-tägigen Kontrollperiode durchzuführen, in der sie ihre gewohnten Aktivitäten fortsetzen und ihre gesamte (kontrollierte) Kalorienaufnahme erhalten, und vor und nach einer 7-tägigen Entladeperiode, in der die Probanden auf einem Hyper-Auftriebs-Flotationsbett (HBF) bleiben müssen.