3 日間の安静時の非活動中の代謝および筋肉の適応

ベッドレストは、宇宙飛行への生理学的適応を研究するために使用される、広く受け入れられている実験モデルであり、骨と筋肉の質量損失、体液シフト、および心臓血管の状態低下を含みます。 一般に、参加者はベッドで一定期間過ごすように求められ、日常生活のすべての活動は水平または頭を下に傾けた (HDT) 位置で実行されます。これにより、すべての筋肉の使用が最小限に抑えられ、その間に観察されたものと同様の重要な生理学的適応がもたらされます。宇宙飛行。 3 ～ 370 日間の範囲で、かなりの数のヒトの安静研究が実施されています。 ただし、現在、私たちの理解にはギャップがあります。実際のおよびシミュレートされた微小重力中に発生する生理学的調節不全の速度と大きさ（これまでのほとんどの研究では、主に就寝前および就寝後の休息の時点が考慮されているため）。床上安静による調節不全を制御する部位とメカニズム。急性の生理学的変化の根底にあるプロセスが、長期的に見られるプロセスと同じであるかどうか。 これらの問題に対する私たちの理解を深めることで、寝たきりによる生理的調節不全を最小限に抑えることを目的とした介入を、生理学的調節不全の発症率が最大になる可能性が高い時間帯に最も効果的に集中させることができます。 これは、長期にわたる有人宇宙飛行で達成される将来の成功に貢献するでしょう。火星への有人ミッションは、微小重力への長時間の曝露に伴う生理学的調節不全の病因と時間経過を理解することで、効果的な対策を実施できるようになるためです。 さらに、床上安静モデルは、病気や怪我による入院中の長時間の不活動に耐える可能性のある人に対する床上安静の影響を研究するユニークな機会を提供します。

運動不足はインスリン抵抗性の発症に関連し、肥満、2 型糖尿病、脂質異常症、高血圧など、多くの現代の代謝性疾患の発症に寄与します (1,2)。運動不足は、糖尿病の 27%、虚血性心疾患の 30% の主な原因として挙げられています。 ただし、時間経過、相対的な組織特異性 (肝臓と筋肉)、および非活動性誘発インスリン抵抗性の機械的根拠、および再動員によるその逆転は、現在の理解における大きなギャップを表しています。 さらに、インスリン抵抗性はいくつかの考えられる病因を伴う観察であり、短期間の寝たきり/不動によるこの状態の発症に関与するメカニズムは、長期/慢性的な不活動に関与するものとは異なる可能性があります. したがって、この分野でのさらなる研究が必要です。

現在の研究は、フランスのトゥールーズにある Institut Médecine Physiologie Spatiale 施設で、欧州宇宙機関と共同で実施された 60 日間の長期安静研究を含むより大きなプロジェクトの一部であり、現在行われている測定値と比較されます。長期安静実験で行われました。

「慣らし」段階。医療スクリーニングが成功した後、参加者は「慣らし」フェーズを開始し、その間に習慣的な活動レベルが加速度計によって評価されます。 個別化されたエネルギー要件は、修正されたハリス-ベネディクト安静時代謝率方程式と身体活動レベル係数、および標準化された食事 (多量栄養素組成 (総食事エネルギー摂取量のパーセンテージとして表される) が炭水化物 55%、脂肪 30%、 〜 15% タンパク質) は、最初の実験セッションの 3 日前に提供されます。 このセッションの前日、参加者は激しい運動を控え、真夜中から絶食し、それ以降は水のみを摂取するよう求められます。 到着時に、二重エネルギーX線吸収測定法（DEXA）スキャンが実行され、全身と脚の脂肪量が特徴付けられます。 参加者は、仰臥位 (枕 1 つ) で病院のベッドに横になるように求められ、筋肉量と構造の測定値は、100 mm リニア アレイ 13-4 メガヘルツ プローブを使用した外側広筋の超音波イメージングによって決定されます。 これにより、大腿四頭筋の解剖学的構造の全体的な表現が提供され、下肢のグルコース取り込みの計算が標準化され、下肢のインスリン抵抗性に対する筋肉量と筋細胞内脂質の寄与が決定されます。 筋肉生検サンプルは、3時間の高インスリン正常血糖クランプの前と直後に外側広筋から得られます（3）。 筋肉生検は、局所麻酔薬の注射後、無菌条件下でBergström法を使用して取得されます。 前行性大腿静脈カテーテルを挿入し（超音波ガイド下でセルディンガー法を使用）、下肢から排出される静脈血をグルコース濃度について分析し、動静脈血サンプルのグルコース濃度と比較できるようにします（時点 0、150、 160分、170分、180分）。 大腿静脈血サンプルを採取すると同時に、超音波検査を使用して大腿動脈血流評価 (mmol/分) を行い、脚のグルコース取り込みを計算できるようにします。 間接熱量測定は、180 分間の高インスリン正常血糖クランプの前と最後の 15 分間に行われます。

「クランプ」訪問の翌日、筋細胞内脂質 (IMCL)、筋細胞外脂質 (EMCL)、および肝トリグリセリド含有量を評価するために、3 テスラの磁気共鳴分光法 (MRS) スキャンが行われます。 磁気共鳴画像法 (MRI) スキャンも実行され、太ももの中央部の筋肉断面積と全身の筋肉量が決定されます。 磁気共鳴 (MR) スキャンに続いて、参加者は Active Movement Extent Discrimination Assessment (AMEDA) と呼ばれる特別に設計された体性感覚装置で短い下肢固有受容評価を受けます。 参加者は装置の上に立ち、各足首を 5 つの異なる角度で反転させ、足首の位置の程度を評価するよう求められます。 このメソッドは、固有感覚の差別を決定するために検証されており、安静前後の違いを評価するために 4 日目に実行された MR の後に繰り返されます。

安静期間が始まる前に、重水素によるクレアチン、クレアチニン、水、および 3-メチルヒスチジン (MH) のバックグラウンド標識の測定のために、唾液と尿のサンプルが収集されます。 これに続いて、参加者には安定同位体トレーサーを含む飲み物が提供されます。重水素化クレアチン (D3-クレアチン 30 mg; 全身の筋肉量を測定するため) および重水素化、または「重い」水 (D2O、3g/kg 体重、20 分間隔で摂取した 3 つのアリコートに分けて、筋肉タンパク質合成 (MPS) を測定する) ) 筋肉組織の取り込み測定から)。 最後の D2O 摂取量の 2 時間後に、唾液サンプルを採取して、体内の水分プール全体の D2O の平衡を測定します。 D3-クレアチン摂取後 24 時間に 24 時間の尿収集を行い、36 時間、48 時間、および 72 時間にスポット尿サンプルを採取します。 尿は、「スピルオーバー」を説明するために D3-クレアチン、および全身クレアチン プールでの標識の希釈を反映する D3-クレアチニン標識について分析されます。 体全体のクレアチン プールのサイズと筋肉量は、D3 クレアチンの尿への直接損失を考慮した後、72 時間後の尿中の D3 クレアチニン濃縮から計算されます。 さらに、安静を開始する 24 時間前 (-1 日目) に、参加者はメチル-D3-3 メチルヒスチジン (10mg、全身の筋肉の筋原線維の破壊を測定するための D3-MH) トレーサーを飲み物で摂取します。 安静の 2 日目にさらに 10mg を投与し、3 日目に血液をモニタリングします。

安静段階;参加者は、前日の夜 22:00 から一晩絶食した後、1 日目の朝 8 時に施設に到着します。 微小重力の生理学的影響をシミュレートするために、ベッドは 6° のヘッド ダウン チルト位置 (HDT 位置) に維持されます。 Bard マイクロニードル筋生検を実施し、翌朝 (安静の 2 日目) に繰り返して、安静の最初の 24 時間にわたる累積的な筋肉タンパク質合成を評価します。 生検に続く毎日、順行性静脈カニューレを腕に挿入し、D3-MH 標識の測定のために、1 時間ごとに合計 6 時間採血します。

D2O 濃縮を維持するために、安静の 1 日目と 3 日目に参加者に D2O の補充 (水のターンオーバー率から計算) が提供されます。 唾液サンプルを採取して D2O 体水分濃縮を測定し、尿サンプルを D3 クレアチニン標識用に採取します。

安静の間、参加者は 1 日 24 時間ベッドに留まります。 衛生処置、食事、読書、トイレに「行く」（ベッドパンと尿ボトルの使用）などの日常生活のすべての活動は、研究期間中頭を下げた状態を維持しながら行われます。 参加者は左右に動くことができますが（仰臥位から​​腹側または側位まで）、座ったり立ったりすることは許可されていません。 肩がマットレスに触れる限り、小さなサイズの平らな枕を 1 つ使用できます。 食事摂取量は制御され、1.2 の活動乗数が 1 日のエネルギー摂取量要件を決定するために使用されます。 1 日 5 食 (朝食、朝のおやつ、昼食、午後のおやつ、夕食) が 1 日の同じ時間帯に提供されます。 参加者は、提供されたすべての食品を消費することをお勧めします。 彼らは提供された量よりも少ない量を消費することができますが、追加の食物を受け取ることはありません. 各食品は精密 (±0.1 g) スケールで計量され、参加者が与えられたすべての食品を食べていない場合は、消費されていない食品を再計量し、その値を最初の重量から差し引いて実際の食品摂取量を求めます。 被験者は厳密な昼夜のサイクルを保ちます。 午前 7 時に起床し、午後 11 時に消灯します。

4 日目の朝、一晩断食した後、参加者は上記のように 2 番目の「クランプ」日 (大腿部の超音波スキャン、間接熱量測定、大腿静脈カニュレーション、筋生検、正常血糖高インスリンクランプ) を受けます。 この後、姿勢性低血圧を避けるために継続的な心血管モニタリングを行いながら、監視下でベッドの「直立」に徐々に戻します。 参加者はベッドに残りますが、5日目の朝まで直立姿勢で座ることができます.

安静期後。 5 日目の朝、参加者は車いすに (体重をかけずに) 移動し、寝たきりの MR スキャンのために 3 テスラ MR スキャナーに運ばれます。 前日の夜22時から絶食させていただきます。 MR スキャンに続いて、参加者は給餌され、制御された環境で立つことができます。 その後、ノッティンガム大学のジム施設で、無作為に割り当てられた脚で片足膝伸展収縮を 8 回繰り返す (最大値の 75%) 6 セットからなる監視付きのリハビリテーションを受けます。 (4)その後、帰宅させていただきます。 リハビリセッションは約30分間続きます。 彼らは、ベッド以外の休息期間の 6 日目と 7 日目に戻って、上記のようにさらに監視されたリハビリテーション セッションを受けます。 標準化された食事摂取量は、安静後の段階を通して維持されます。 8 日目の朝の 08:00 に、実験室に出席して、上記と同じ手順で構成される最終的な「クランプ」訪問を受けますが、次の変更があります。 Bergström 筋生検は、正常血糖高インスリン クランプの前後にリハビリテーション運動トレ​​ーニングを受けた脚で行われます。 脚の間の筋肉タンパク質合成を比較するために、3時間のクランプの前にのみ対側の脚でBardマイクロニードル生検を行う。 最後に、9 日目に MRS および MRI スキャンが上記と同じ方法で実行されます。 最終的な MRS スキャンが実行されると、研究プロトコルが終了します。