Adaptaciones metabólicas y musculares durante la inactividad en 3 días de reposo en cama

El reposo en cama es un modelo experimental ampliamente aceptado que se utiliza para estudiar las adaptaciones fisiológicas al vuelo espacial, incluida la pérdida de masa ósea y muscular, el cambio de líquidos y el deterioro cardiovascular. Por lo general, se les pide a los participantes que pasen un período en la cama, realizando todas las actividades de la vida diaria en una posición horizontal o inclinada con la cabeza hacia abajo (HDT), minimizando así el uso de todos los músculos y provocando adaptaciones fisiológicas significativas similares a las observadas durante vuelo espacial. Se ha realizado un número considerable de estudios de reposo en cama en humanos con una duración de entre 3 y 370 días. Sin embargo, actualmente existen lagunas en nuestra comprensión de; la tasa y la magnitud de la desregulación fisiológica que ocurre durante la microgravedad real y simulada (ya que la mayoría de los estudios hasta la fecha han considerado principalmente puntos de tiempo previos y posteriores al reposo en cama); los sitios y mecanismos que controlan la desregulación inducida por el reposo en cama; si los procesos subyacentes a los cambios fisiológicos agudos son los mismos que se observan a largo plazo. Mejorar nuestra comprensión de estos problemas permitiría que las intervenciones destinadas a minimizar la desregulación fisiológica inducida por el reposo en cama se centren de manera más efectiva en los períodos de tiempo en los que es probable que la tasa de inicio de la desregulación fisiológica sea máxima. Esto contribuiría entonces a lograr el éxito futuro en vuelos espaciales tripulados prolongados, p. una misión tripulada a Marte, porque una comprensión de la etiología y el curso temporal de la desregulación fisiológica que acompaña a la exposición prolongada a la microgravedad permitiría implementar contramedidas efectivas. Además, los modelos de reposo en cama presentan una oportunidad única para estudiar las consecuencias del reposo en cama en aquellos que pueden sufrir períodos prolongados de inactividad durante la hospitalización, derivados de una enfermedad o lesión.

La inactividad está asociada con el desarrollo de resistencia a la insulina y contribuye al desarrollo de muchas enfermedades metabólicas modernas, como la obesidad, la diabetes tipo 2, la dislipidemia y la hipertensión (1,2); siendo citada la inactividad física como la principal causa del 27% de la diabetes y del 30% de los casos de cardiopatía isquémica. Sin embargo, el curso temporal, la especificidad tisular relativa (hígado frente a músculo) y la base mecánica de la resistencia a la insulina inducida por la inactividad, y su reversión por removilización, representan lagunas importantes en nuestra comprensión actual. Además, la resistencia a la insulina es una observación con varias etiologías posibles y los mecanismos involucrados en el desarrollo de esta condición con reposo en cama/inmovilización a corto plazo pueden ser diferentes a los involucrados con la inactividad crónica/a largo plazo. Por lo tanto, se justifica una mayor investigación en esta área.

El estudio actual es parte de un proyecto más amplio que incluye un estudio de reposo en cama a largo plazo de 60 días realizado en colaboración con la Agencia Espacial Europea, en las instalaciones del Institut Médecine Physiologie Spatiale en Toulouse, Francia, y se comparará con las medidas que se están llevado a cabo en el experimento de reposo en cama a largo plazo.

Fase de 'rodaje inicial'; Después de una evaluación médica exitosa, los participantes comenzarán una fase de "ejecución" durante la cual se evaluarán sus niveles de actividad habituales mediante acelerometría. Los requerimientos de energía individualizados se estimarán utilizando la ecuación modificada de la tasa metabólica en reposo de Harris-Benedict y el factor de nivel de actividad física y una dieta estandarizada (la composición de macronutrientes (expresada como porcentaje de la ingesta total de energía dietética) es ~55 % de carbohidratos, ~30 % de grasa y ~ 15% de proteína) se proporcionará durante los 3 días anteriores a la primera sesión experimental. El día anterior a esta sesión, se pedirá a los participantes que se abstengan de cualquier ejercicio extenuante y que ayunen desde la medianoche, consumiendo solo agua a partir de ese momento. A su llegada, se realizará una absorciometría de rayos X de energía dual (DEXA) para caracterizar las masas grasas de todo el cuerpo y las piernas. Luego, se le pedirá al participante que se acueste en una cama de hospital en posición supina (una almohada) y se determinarán las mediciones del volumen muscular y la arquitectura mediante imágenes de ultrasonido del músculo vastus lateralis utilizando una sonda de 13-4 megahercios de matriz lineal de 100 mm. Esto proporcionará una representación global de la anatomía del músculo cuádriceps para estandarizar los cálculos de consumo de glucosa en las piernas y determinar la contribución de la masa muscular y los lípidos intramiocelulares a la resistencia a la insulina en las piernas. Las muestras de biopsia muscular se obtendrán del vasto lateral antes e inmediatamente después de una pinza euglucémica hiperinsulinémica de 3 horas (3). Las biopsias musculares se obtendrán utilizando la técnica de Bergström en condiciones estériles, después de la inyección de anestesia local. Se insertará un catéter venoso femoral anterógrado (usando la técnica de Seldinger bajo guía de ultrasonido) para permitir que la sangre venosa que drena de la pierna sea analizada para determinar la concentración de glucosa y compararla con la concentración de glucosa de las muestras de sangre venosa arterializada (Puntos de tiempo 0, 150, 160, 170 y 180 minutos). Al mismo tiempo que se toma la muestra de sangre de la vena femoral, se realizará una evaluación del flujo sanguíneo de la arteria femoral (mmol/min) mediante ultrasonografía para poder calcular el consumo de glucosa en las piernas. La calorimetría indirecta se realizará antes y en los últimos 15 minutos del pinzamiento hiperinsulinémico-euglucémico de 180min.

El día después de la visita de 'pinza', se realizará una exploración de espectroscopia de resonancia magnética (MRS) de 3 Tesla para evaluar el contenido de lípidos intramiocelulares (IMCL), lípidos extramiocelulares (EMCL) y triglicéridos hepáticos. También se realizará una resonancia magnética nuclear (RMN) para determinar el área transversal del músculo de la mitad del muslo y la masa muscular de todo el cuerpo. Después de las exploraciones por resonancia magnética (MR), los participantes se someterán a una breve evaluación propioceptiva de las extremidades inferiores en un aparato somatosensorial especialmente diseñado llamado Evaluación de Discriminación de Extensión de Movimiento Activo (AMEDA). Los participantes se pararán en el aparato y cada tobillo se moverá a través de 5 ángulos diferentes de inversión y se les pedirá que califiquen el grado de posición del tobillo. Este método ha sido validado para determinar la discriminación propioceptiva y se repetirá tras la RM realizada el día 4 para valorar diferencias antes y después del reposo en cama.

Antes de que comience el período de reposo en cama, se recolectarán muestras de saliva y orina para medidas de marcaje de fondo de creatina, creatinina, agua y 3-metilhistidina (MH) con deuterio. Después de esto, los participantes recibirán una bebida que contiene trazadores de isótopos estables; creatina deuterada (D3-Creatina 30 mg; para medir la masa muscular de todo el cuerpo) y agua deuterada o 'pesada' (D2O, 3 g/kg de peso corporal, dividida en 3 alícuotas ingeridas con 20 minutos de diferencia, para medir la síntesis de proteína muscular (MPS ) a partir de medidas de incorporación de tejido muscular). Dos horas después del consumo de la dosis final de D2O, se recolectará una muestra de saliva para medir el equilibrio de D2O en toda la reserva de agua corporal. Se realizará una recogida de orina de 24h en las 24h post ingestión de D3-creatina, y se tomará una muestra puntual de orina a las 36h, 48h y 72h. La orina se analizará en busca de creatina D3 para tener en cuenta el "derrame" y el etiquetado de creatinina D3 que reflejará la dilución del marcador en la reserva de creatina de todo el cuerpo. El tamaño de la reserva de creatina corporal total y la masa muscular se calcularán a partir del enriquecimiento de creatinina D3 en la orina a las 72 h, después de tener en cuenta cualquier pérdida de creatina D3 directamente en la orina. Además, 24 horas antes de comenzar el reposo en cama (día -1), los participantes ingerirán metil-D3-3 metilhistidina (10 mg, D3-MH para medir la descomposición miofibrilar muscular de todo el cuerpo) en una bebida. Se administrarán 10 mg adicionales el día 2 de reposo en cama, con control de sangre el día 3.

Fase de reposo en cama; Los participantes llegarán a las instalaciones a las 8 a. m. de la mañana del día 1 luego de un ayuno nocturno desde las 22:00 a. m. de la noche anterior. Para la simulación de los efectos fisiológicos de la microgravedad, la cama se mantiene en una posición de inclinación con la cabeza hacia abajo de 6° (posición HDT-). Se realizará una biopsia muscular con microagujas de Bard y se repetirá a la mañana siguiente (día 2 de reposo en cama) para evaluar la síntesis acumulativa de proteínas musculares durante las primeras 24 horas de reposo en cama. Cada día después de la biopsia, se insertará una cánula venosa anterógrada en el brazo para tomar muestras de sangre cada hora durante un total de 6 horas para medir el marcado de D3-MH.

Se proporcionarán complementos de D2O (calculados a partir de las tasas de renovación del agua) a los participantes en los días 1 y 3 de reposo en cama, para mantener el enriquecimiento de D2O. Se tomará una muestra de saliva para medir el enriquecimiento de agua corporal con D2O y una muestra de orina para el marcaje de creatinina con D3.

Durante el reposo en cama, los participantes permanecerán en cama las 24 horas del día. Todas las actividades de la vida diaria, como los procedimientos de higiene, comer, leer e "ir" al baño (uso de orinales y orinales) se realizan mientras se mantiene la cabeza hacia abajo durante el estudio. Los participantes pueden moverse de lado a lado (de posición supina a ventral o lateral), pero no pueden sentarse o pararse en ningún momento. Se permite el uso de una almohada plana de tamaño pequeño siempre que los hombros aún toquen el colchón. Se controlará la ingesta dietética, utilizando un multiplicador de actividad de 1,2 para determinar las necesidades diarias de ingesta energética. Las cinco comidas diarias (desayuno, merienda, almuerzo, merienda y cena) se sirven a la misma hora durante todo el día. Se anima a los participantes a consumir todos los alimentos proporcionados. Pueden consumir menos de lo provisto, pero no recibirán ningún alimento adicional. Cada alimento se pesa en una báscula de precisión (±0,1 g) y cuando los participantes no comen todos los alimentos que se les dan, los alimentos no consumidos se vuelven a pesar y el valor se resta del peso inicial para proporcionar la ingesta real de alimentos. Los sujetos mantienen un estricto ciclo día-noche. Se despiertan a las 7:00 am y se apagan las luces a las 11:00 pm.

En la mañana del día 4, después de una noche de ayuno, los participantes se someterán al segundo día de "pinza" como se describe anteriormente (ultrasonido del muslo, calorimetría indirecta, canulación de la vena femoral, biopsias musculares y pinza hiperinsulinémica euglucémica). Posteriormente se realizará una vuelta a la 'erección' en la cama paulatina y supervisada, con monitorización cardiovascular continua para evitar hipotensión postural. Los participantes permanecerán en la cama, pero se les permitirá sentarse en posición vertical hasta la mañana del día 5.

Posterior a la fase de reposo en cama; La mañana del día 5, los participantes se trasladarán (sin soportar peso) a una silla de ruedas y luego serán transportados al escáner de RM de 3 Tesla para sus escáneres de RM posteriores al reposo en cama. Deberán estar en ayunas desde las 22:00 horas del día anterior. Después de las exploraciones por resonancia magnética, se alimentará a los participantes y se les permitirá volver a ponerse de pie en un entorno controlado. Luego se someterán a rehabilitación supervisada en las instalaciones del gimnasio de la Universidad de Nottingham que consta de 6 series de 8 repeticiones (al 75 % del máximo) de contracciones de extensión de rodilla con una sola pierna en una pierna asignada al azar, ya que se ha demostrado que proporciona un estímulo anabólico. (4), y luego se le permitirá regresar a casa. Las sesiones de rehabilitación tendrán una duración aproximada de 30 minutos. Regresarán los días 6 y 7 del período sin reposo en cama para someterse a más sesiones de rehabilitación supervisada como se indicó anteriormente. La ingesta dietética estandarizada se mantendrá durante toda la fase posterior al reposo en cama. A las 08:00 horas de la mañana del día 8 acudirán al laboratorio para realizar una visita final de 'clamp' consistente en los mismos procedimientos detallados anteriormente, con la siguiente modificación; se realizará una biopsia muscular de Bergström en la pierna que se sometió a un entrenamiento de ejercicios de rehabilitación antes y después de la pinza hiperinsulinémica euglucémica. Se realizará una biopsia con microaguja de Bard en la pierna contralateral solo antes del pinzamiento de 3 horas, para comparar la síntesis de proteínas musculares entre las piernas. Finalmente, el día 9, las exploraciones MRS y MRI se realizarán de la misma manera descrita anteriormente. Cuando se haya realizado la exploración MRS final, será el final del protocolo de estudio.