Gli effetti dello scarico di tutto il corpo sulla funzione fisiologica

La rapida perdita del muscolo scheletrico si verifica in condizioni fisiologiche estreme, in particolare in terapia intensiva, ipossia e durante il volo spaziale. La causa di questa perdita accelerata è sconosciuta; tuttavia, gli interventi mirati a rallentare il declino possono avere effetti profondi sulla qualità della vita post-operatoria e, in termini di spedizione spaziale, sulla capacità di completare compiti mission-critical. Inoltre, le attuali metodologie disponibili per misurare la massa muscolare scheletrica totale hanno limitazioni, mancanza di accuratezza (antropometria e analisi dell'impedenza bioelettrica (BIA)) o sono immobili e costose (doppio assorbimetria a raggi X (DXA) e risonanza magnetica (MRI)) .

Lo scopo principale di questo studio è quello di indagare la perdita muscolare scheletrica di tutto il corpo indotta attraverso 7 giorni consecutivi di immobilizzazione di tutto il corpo utilizzando tre metodi indipendenti; doppia assorbimetria a raggi X (DXA), risonanza magnetica (MRI) e diluizione D3-creatina (D3-cr). Sono inoltre mirati una serie di obiettivi secondari, che hanno l'obiettivo condiviso di misurare l'impatto di 7 giorni di immobilizzazione sull'HBF; 1. Adattamento muscolare, neuromuscolare e cardiovascolare; 2. Neurofisiologia, architettura del sonno e cognizione; 3. Una serie di misure specifiche per il volo spaziale, con l'obiettivo di caratterizzare l'intervento proposto all'interno di questo studio (riposo a letto di galleggiamento iper-galleggiamento (HBF)) come un analogo terrestre alternativo per osservare la risposta fisiologica alla microgravità.

La ricerca muscolare, neuromuscolare e cardiovascolare viene eseguita dal King's College London Centre of Human & Aerospace Physiological Sciences (KCL CHAPs) e spazia dalla misurazione del cambiamento di tutto il corpo all'adattamento cellulare. La massa muscolare scheletrica totale sarà misurata mediante DXA, MRI e D3-cr, nonché l'area della sezione trasversale di un singolo gruppo muscolare (quadricipite) mediante ultrasuoni. Verrà prelevata una biopsia dallo stesso gruppo muscolare (quadricipite) al fine di studiare i cambiamenti nella sintesi proteica muscolare (MPS), le dimensioni delle miofibre, la forza e il rapporto proteine: DNA. Verrà misurata anche la prestazione muscolare, dalla potenza di tutto il corpo utilizzando un salto contromovimento, alla forza espressa da tronco, quadricipiti, polpacci e presa delle mani. Il tono muscolare sarà misurato in tre muscoli flessori e tre muscoli estensori nel polpaccio, nell'avambraccio e nella parte bassa della schiena. I muscoli di flessione plantare nel polpaccio saranno ulteriormente valutati, con la propriocezione della caviglia, la forza massima e l'EMG di superficie del gastrocnemio mediale misurati. Saranno prelevati campioni di sangue per distinguere i cambiamenti nell'immunità e nei marcatori ossei. L'altezza del soggetto sarà misurata e la morfologia del disco intervertebrale distinta mediante ultrasuoni e risonanza magnetica.

Le misurazioni delle prestazioni neuromuscolari e muscolari saranno ottenute contemporaneamente. L'attività elettrica prodotta dai muscoli scheletrici sarà registrata e valutata mediante elettromiografia (EMG). Prima dell'espressione della forza del quadricipite in fase di test, verranno posizionati anche dei cuscinetti per stimolare elettricamente il muscolo e misurare una forza involontaria massima. Infine, verrà effettuata una valutazione del cicloergometro, in cui la potenza viene aumentata gradualmente e viene determinato il massimo utilizzo aerobico (VO2max).

La neurofisiologia, l'architettura del sonno e l'indagine cognitiva saranno in collaborazione con il Sleep and Brain Plasticity Center (Dipartimento di Neuroimaging, IoPPN) e il Sleep Disorders Center del Guy's Hospital. Questo studio esaminerà eventuali cambiamenti conseguenti nell'architettura del sonno e nella neurofisiologia. Saranno anche studiati eventuali cambiamenti cognitivi o cerebrali associati, che possono essere indotti attraverso 1 settimana di immobilizzazione di tutto il corpo.

Le procedure delineate sono progettate per valutare gli adattamenti fisiologici noti che si verificano come conseguenza di un ambiente di microgravità, e quindi si dimostrano utili strumenti comparativi da cui è possibile valutare il modello HBF.

Sedici soggetti maschi (18-40 anni) saranno reclutati per intraprendere procedure di test prima e dopo un periodo di controllo di 7 giorni, dove continueranno le loro attività abituali e riceveranno il loro apporto calorico totale (controllato), e pre- e post- un periodo di scarico di 7 giorni, in cui i soggetti dovranno rimanere su un letto di galleggiamento iper-galleggiamento (HBF).