Adaptations métaboliques et musculaires pendant l'inactivité en 3 jours d'alitement

L'alitement est un modèle expérimental largement accepté utilisé pour étudier les adaptations physiologiques au vol spatial, y compris la perte de masse osseuse et musculaire, le déplacement des fluides et le déconditionnement cardiovasculaire. Généralement, les participants sont invités à passer une période au lit, toutes les activités de la vie quotidienne étant effectuées dans une position horizontale ou tête en bas (HDT), minimisant ainsi l'utilisation de tous les muscles et entraînant des adaptations physiologiques importantes similaires à celles observées pendant vol spatial. Un nombre substantiel d'études sur l'alitement humain ont été réalisées sur une durée allant de 3 à 370 jours. Cependant, il existe actuellement des lacunes dans notre compréhension de; le taux et l'ampleur de la dérégulation physiologique qui se produit pendant la microgravité réelle et simulée (car la plupart des études à ce jour ont principalement pris en compte les points de temps avant et après l'alitement); les sites et les mécanismes contrôlant la dérégulation induite par l'alitement ; si les processus sous-jacents aux changements physiologiques aigus sont les mêmes que ceux observés à plus long terme. Améliorer notre compréhension de ces problèmes permettrait aux interventions visant à minimiser la dérégulation physiologique induite par l'alitement de se concentrer plus efficacement sur les périodes où le taux d'apparition de la dérégulation physiologique est susceptible d'être le plus élevé. Cela contribuerait alors au succès futur des vols spatiaux habités prolongés, par ex. une mission habitée vers Mars, car la compréhension de l'étiologie et de l'évolution dans le temps de la dérégulation physiologique qui accompagne une exposition prolongée à la microgravité permettrait de mettre en place des contre-mesures efficaces. De plus, les modèles d'alitement offrent une occasion unique d'étudier les conséquences de l'alitement sur ceux qui peuvent subir de longues périodes d'inactivité pendant l'hospitalisation, résultant d'une maladie ou d'une blessure.

L'inactivité est associée au développement de la résistance à l'insuline et contribue au développement de nombreuses maladies métaboliques modernes, notamment l'obésité, le diabète de type 2, la dyslipidémie et l'hypertension (1,2); l'inactivité physique étant citée comme la principale cause de 27 % des cas de diabète et de 30 % des cas de cardiopathie ischémique. Cependant, l'évolution temporelle, la spécificité tissulaire relative (foie vs muscle) et la base mécaniste de l'insulinorésistance induite par l'inactivité, et son inversion par remobilisation, représentent des lacunes majeures dans notre compréhension actuelle. De plus, la résistance à l'insuline est une observation avec plusieurs étiologies possibles et les mécanismes impliqués dans le développement de cette condition avec un alitement/immobilisation à court terme peuvent être différents de ceux impliqués avec une inactivité à plus long terme/chronique. Des recherches plus approfondies dans ce domaine sont donc justifiées.

L'étude actuelle fait partie d'un projet plus vaste qui comprend une étude d'alitement à long terme de 60 jours menée en collaboration avec l'Agence spatiale européenne, à l'Institut Médecine Physiologie Spatiale de Toulouse, en France, et sera comparée aux mesures en cours menées dans le cadre de l'expérience d'alitement à long terme.

phase de « rodage » ; Suite à un examen médical réussi, les participants commenceront une phase de "Run-in" au cours de laquelle leurs niveaux d'activité habituels seront évalués par accélérométrie. Les besoins énergétiques individualisés seront estimés à l'aide de l'équation modifiée du taux métabolique au repos de Harris-Benedict et du facteur de niveau d'activité physique et d'un régime alimentaire standardisé (la composition en macronutriments (exprimée en pourcentage de l'apport énergétique alimentaire total) étant d'environ 55 % de glucides, d'environ 30 % de matières grasses et ~15 % de protéines) seront fournis pendant les 3 jours précédant la première session expérimentale. La veille de cette session, il sera demandé aux participants de s'abstenir de tout exercice physique intense et de jeûner à partir de minuit, en ne consommant que de l'eau à partir de cette heure. A l'arrivée, un examen d'absorptiométrie biénergétique à rayons X (DEXA) sera effectué pour caractériser les masses graisseuses du corps entier et des jambes. Le participant sera ensuite invité à s'allonger sur un lit d'hôpital en décubitus dorsal (un oreiller) et les mesures de volume et d'architecture musculaire seront déterminées par imagerie échographique du muscle vaste latéral à l'aide d'une sonde linéaire de 100 mm de 13 à 4 mégahertz. Cela fournira une représentation globale de l'anatomie du muscle quadriceps afin de standardiser les calculs de l'absorption du glucose dans les jambes et de déterminer la contribution de la masse musculaire et des lipides intramyocellulaires à la résistance à l'insuline des jambes. Des échantillons de biopsie musculaire seront obtenus à partir du vaste externe avant et immédiatement après une pince euglycémique hyperinsulinémique de 3 heures (3). Des biopsies musculaires seront obtenues selon la technique de Bergström dans des conditions stériles, après injection d'anesthésique local. Un cathéter veineux fémoral antérograde sera inséré (en utilisant la technique de Seldinger sous guidage échographique) pour permettre l'analyse de la concentration en glucose du sang veineux drainé de la jambe et sa comparaison avec la concentration en glucose des échantillons de sang veineux artérialisé (Time points 0, 150, 160, 170 et 180 min). Parallèlement au prélèvement de sang veineux fémoral, une évaluation du débit sanguin de l'artère fémorale (mmol/min) sera réalisée par échographie pour permettre de calculer la captation du glucose dans la jambe. Une calorimétrie indirecte sera réalisée avant et dans les 15 dernières minutes du clamp hyperinsulinémique-euglycémique de 180min.

Le lendemain de la visite « clamp », une analyse par spectroscopie par résonance magnétique (MRS) de 3 Tesla sera entreprise pour évaluer la teneur en lipides intramyocellulaires (IMCL), en lipides extramyocellulaires (EMCL) et en triglycérides hépatiques. Une imagerie par résonance magnétique (IRM) sera également effectuée pour déterminer la section transversale des muscles de la mi-cuisse et la masse musculaire de tout le corps. Après les analyses par résonance magnétique (RM), les participants subiront une courte évaluation proprioceptive des membres inférieurs sur un appareil somatosensoriel spécialement conçu appelé Active Movement Extent Discrimination Assessment (AMEDA). Les participants se tiendront sur l'appareil et auront chaque cheville déplacée à travers 5 angles d'inversion différents et seront invités à évaluer le degré de position de la cheville. Cette méthode a été validée pour déterminer la discrimination proprioceptive et sera répétée après l'IRM effectuée au jour 4 pour évaluer les différences avant et après l'alitement.

Avant le début de la période d'alitement, des échantillons de salive et d'urine seront prélevés pour mesurer le marquage de fond de la créatine, de la créatinine, de l'eau et de la 3-méthylhistidine (MH) avec du deutérium. Suite à cela, les participants se verront remettre une boisson contenant des traceurs isotopiques stables ; créatine deutérée (D3-Créatine 30 mg ; pour mesurer la masse musculaire de tout le corps) et eau deutérée ou « lourde » (D2O, 3 g/kg de poids corporel, divisée en 3 aliquotes ingérées à 20 min d'intervalle, pour mesurer la synthèse des protéines musculaires (MPS ) à partir de mesures d'incorporation dans le tissu musculaire). Deux heures après la consommation de la dose finale de D2O, un échantillon de salive sera prélevé pour mesurer l'équilibrage du D2O dans tout le bassin d'eau corporelle. Une collecte d'urine de 24h sera effectuée dans les 24h suivant l'ingestion de D3-créatine, et un échantillon d'urine ponctuel sera prélevé à 36h, 48h et 72h. L'urine sera analysée pour la D3-créatine afin de tenir compte du « débordement » et le marquage de la D3-créatinine qui reflétera la dilution du marqueur dans le pool de créatine du corps entier. La taille totale du pool de créatine corporelle et la masse musculaire seront calculées à partir de l'enrichissement en créatinine D3 dans l'urine à 72h, après prise en compte de toute perte de créatine D3 directement dans l'urine. De plus, 24 heures avant le début du repos au lit (jour -1), les participants ingéreront un traceur de méthyl-D3-3 méthylhistidine (10 mg, D3-MH pour mesurer la dégradation myofibrillaire des muscles du corps entier) dans une boisson. 10 mg supplémentaires seront administrés le jour 2 du repos au lit, avec une surveillance sanguine le jour 3.

Phase de repos au lit ; Les participants arriveront à l'installation à 8h00 le matin du jour 1 après un jeûne nocturne à partir de 22h00 la veille. Pour la simulation des effets physiologiques de la microgravité, le lit est maintenu dans une position d'inclinaison tête en bas de 6° (position HDT). Une biopsie musculaire à la micro-aiguille de Bard sera effectuée et répétée le lendemain matin (jour 2 d'alitement) pour évaluer la synthèse cumulée des protéines musculaires au cours des 24 premières heures d'alitement. Chaque jour suivant la biopsie, une canule veineuse antérograde sera insérée dans le bras pour un prélèvement de sang toutes les heures pendant un total de 6 heures pour la mesure du marquage D3-MH.

Des compléments de D2O (calculés à partir des taux de renouvellement de l'eau) seront fournis aux participants les jours 1 et 3 d'alitement, afin de maintenir l'enrichissement en D2O. Un échantillon de salive sera prélevé pour mesurer l'enrichissement de l'eau corporelle en D2O et un échantillon d'urine pour le marquage de la créatinine D3.

Pendant l'alitement, les participants resteront alités 24h/24. Toutes les activités de la vie quotidienne telles que les procédures d'hygiène, manger, lire et « aller » aux toilettes (utilisation de bassins de lit et de bouteilles d'urine) ont lieu tout en maintenant la tête en bas pendant toute la durée de l'étude. Les participants sont autorisés à se déplacer d'un côté à l'autre (de la position couchée à la position ventrale ou latérale), mais ne sont autorisés à aucun moment à s'asseoir ou à se tenir debout. L'utilisation d'un oreiller plat de petite taille est autorisée tant que les épaules touchent toujours le matelas. L'apport alimentaire sera contrôlé, un multiplicateur d'activité de 1,2 étant utilisé pour déterminer les besoins énergétiques quotidiens. Cinq repas quotidiens (petit-déjeuner, collation du matin, déjeuner, collation de l'après-midi et dîner) sont servis au même moment de la journée, tout au long de la journée. Les participants sont encouragés à consommer toute la nourriture fournie. Ils peuvent consommer moins que prévu, mais ne recevront aucune nourriture supplémentaire. Chaque aliment est pesé sur une échelle de précision (± 0,1 g) et lorsque les participants ne mangent pas tous les aliments donnés, les aliments non consommés sont repesés et la valeur soustraite du poids initial pour fournir l'apport alimentaire réel. Les sujets gardent un cycle jour-nuit strict. Ils sont réveillés à 7h00 et les lumières s'éteignent à 23h00.

Le matin du jour 4, après une nuit de jeûne, les participants subiront la deuxième journée de "clamp" comme décrit ci-dessus (échographie de la cuisse, calorimétrie indirecte, canulation de la veine fémorale, biopsies musculaires et un clamp euglycémique hyperinsulinémique). Après cela, un retour progressif et supervisé au lit sera effectué, avec une surveillance cardiovasculaire continue pour éviter l'hypotension orthostatique. Les participants resteront au lit mais seront autorisés à s'asseoir en position verticale jusqu'au matin du jour 5.

Phase post-alitement ; Le matin du jour 5, les participants seront transférés (sans mise en charge) dans un fauteuil roulant, puis transportés vers le scanner 3 Tesla MR pour leurs scans RM post-alitement. Ils seront tenus d'être à jeun à partir de 22h00 la veille au soir. Après les scans IRM, les participants seront nourris et autorisés à se remettre debout dans un environnement contrôlé. Ils subiront ensuite une rééducation supervisée dans les installations du gymnase de l'Université de Nottingham comprenant 6 séries de 8 répétitions (à 75% du maximum) de contractions d'extension du genou à une jambe sur une jambe attribuée au hasard, car il a été démontré que cela fournit un stimulus anabolique. (4), puis être autorisé à rentrer chez lui. Les séances de rééducation dureront environ 30 minutes. Ils reviendront les jours 6 et 7 de la période sans alitement pour subir d'autres séances de rééducation supervisées comme ci-dessus. Un apport alimentaire standardisé sera maintenu tout au long de la phase post-alitement. À 08h00 le matin du jour 8, ils se rendront au laboratoire pour subir une visite finale de «clamp» consistant en les mêmes procédures décrites ci-dessus, avec la modification suivante ; une biopsie musculaire de Bergström sera réalisée sur la jambe qui a subi un entraînement à l'exercice de rééducation pré et post clamp hyperinsulinémique euglycémique. Une biopsie à la micro-aiguille de Bard sera effectuée sur la jambe controlatérale uniquement avant la pince de 3 heures, afin de comparer la synthèse des protéines musculaires entre les jambes. Enfin, au jour 9, les analyses MRS et IRM seront effectuées de la même manière décrite ci-dessus. Lorsque l'analyse MRS finale aura été effectuée, ce sera la fin du protocole d'étude.