Symulacja siedlisk planetarnych: badania żywieniowe (PlanHab)

Utrata masy ciała została udokumentowana u osób żyjących na nizinach, gdy były narażone na niedotlenienie środowiska, na przykład na dużych wysokościach lub w warunkach laboratoryjnych. Ta utrata masy ciała została przypisana zarówno zmniejszonemu apetytowi (i późniejszemu spadkowi spożycia energii w diecie), jak i wzrostowi spoczynkowego wydatku energetycznego. Co ciekawe, zmniejszenie apetytu i spożycia energii odnotowano również podczas lotów kosmicznych, chociaż mechanizm tego nie został wyjaśniony. Ponieważ gaz w przyszłych siedliskach planetarnych prawdopodobnie będzie miał niższe ciśnienie cząstkowe tlenu niż w ziemskim powietrzu atmosferycznym, zmniejszenie apetytu wywołane niedotlenieniem może stanowić wyzwanie dla osób w tych środowiskach. Na przykład ciągłe niedojadanie może zagrozić zdrowiu w dłuższej perspektywie z powodu niewystarczającego spożycia niezbędnych mikroelementów, zwłaszcza w przypadku zmienionego metabolizmu składników odżywczych i zapotrzebowania obserwowanego podczas lotów kosmicznych. Ponadto niewystarczające spożycie makroskładników odżywczych może nasilić utratę beztłuszczowej tkanki ciała, która występuje w sytuacjach (takich jak mikrograwitacja, brak aktywności i leżenie w łóżku), w których mięśnie są rozładowywane. Rzeczywiście, spożycie białka większe niż normalnie może być wymagane w sytuacjach braku aktywności mięśni, aby osiągnąć ten sam poposiłkowy efekt anaboliczny jak aminokwasy obserwowane u osób chodzących.

Mechanizm zmniejszenia apetytu obserwowany w niedotlenieniu nie jest dobrze poznany. Kilka hormonów inkretynowych i adipokin jest zaangażowanych w kontrolę apetytu i mogą być kandydatami do wywołania tej zmiany apetytu obserwowanej w niedotlenieniu. Jednak doniesienia w literaturze przedstawiają sprzeczne wyniki, być może ze względu na zastosowanie różnych paradygmatów eksperymentalnych (niedotlenienie hipobaryczne i normobaryczne, osoby aktywne i odpoczywające, zmienność stopnia i czasu trwania niedotlenienia).

Protokół obecnego badania standaryzuje aktywność fizyczną, temperaturę otoczenia, bodziec niedotlenienia i skład żywieniowy diety oraz ma na celu poszerzenie naszej wiedzy na temat wpływu niedotlenienia i leżenia w łóżku na apetyt i kontrolę hormonalną.

W celu rozpoznania oddzielnych i połączonych skutków mikrograwitacji i niedotlenienia, czternastu mężczyzn normalnych lub z nadwagą, którzy poza tym są zdrowi, zostanie zrekrutowanych po badaniach medycznych i psychologicznych. Zostaną oni trzykrotnie zaproszeni do Centrum Sportu Olimpijskiego w Planicy w Słowenii, przy czym każda wizyta potrwa 31 dni i zostanie oddzielona 5-miesięcznym odstępem. Każda 31-dniowa wizyta („kampania”) obejmuje podstawowy okres rejestracji (5 dni), 21 dni interwencji i okres rekonwalescencji (5 dni), z 3 interwencjami przydzielonymi w losowym, krzyżowym projekcie: i) Normobaryczna normoksyczna leżenie w łóżku (NBR; FiO2=21%), ii) normobaryczne niedotlenienie ambulatoryjne (HAMB; FiO2=14%; symulowana wysokość ~4000 m) oraz iii) normobaryczne niedotlenienie leżenie w łóżku (HBR; FiO2=14%). Standaryzowane, powtarzalne 14-dniowe menu dietetyczne, składające się z produktów powszechnie spożywanych w diecie słoweńskiej, będzie stosowane podczas wszystkich kampanii, przy czym docelowe spożycie energii będzie obliczane indywidualnie przy użyciu zmodyfikowanej formuły Benedicta-Harrisa z mnożnikami współczynnika aktywności fizycznej równymi 1,2 dla kampanie HBR i NBR oraz 1.4 dla kampanii HAMB. Żywność będzie dostarczana w odważonych porcjach, a badani będą zachęcani do spożywania całej dostarczonej żywności. Jednak każda niezjedzona żywność zostanie zważona, a faktyczna ilość spożyta zostanie zarejestrowana w programie analizy diety. Masa ciała będzie oceniana codziennie podczas kampanii przy użyciu noszy z wbudowanymi ogniwami obciążnikowymi, a skład całego ciała będzie określany przed i bezpośrednio po każdej interwencji za pomocą absorpcjometrii rentgenowskiej z podwójną emisją wiązki wachlarzowej.

Uczestnicy zostaną poddani testowi tolerancji mieszanych posiłków przed iw 17 dniu każdego okresu interwencji, rano, po 12-godzinnym poście, z czasem oceny powtórzonym każdego dnia badania w każdej kampanii. Po przybyciu uczestnicy będą leżeć na wznak na szpitalnym łóżku i umieszczać dłonie w ogrzewanym urządzeniu do ogrzewania dłoni (temperatura powietrza 50-55oC). Kaniula dożylna zostanie następnie wprowadzona wstecznie do żyły grzbietowej dłoni w celu pobrania krwi żylnej arterializowanej. Po 15 minutach odpoczynku zostanie pobrana wyjściowa próbka krwi na czczo w celu oznaczenia insuliny w surowicy, cholesterolu całkowitego, cholesterolu lipoprotein o wysokiej gęstości (HDL), cholesterolu lipoprotein o niskiej gęstości (LDL), adiponektyny i leptyny, glukozy i mleczanu we krwi pełnej oraz osocza katecholaminy, grelina, PeptideYY (PYY), glukagonopodobny peptyd-1 (GLP-1), triglicerydy i stężenie niezestryfikowanych kwasów tłuszczowych. Próbka wydychanego powietrza zostanie pobrana do próżniowych probówek w celu oznaczenia 13 oznakowanego dwutlenku węgla (13CO2), a następnie zostanie wykonany 20-minutowy podstawowy pomiar spoczynkowego wydatku energetycznego (REE) i współczynnika wymiany oddechowej (RER) za pomocą kalorymetrii pośredniej, z osobami noszącymi maska, a przy każdym oddechu mierzone jest zarówno wdychane, jak i wydychane powietrze. Ocena apetytu zostanie przeprowadzona poprzez poproszenie badanych o ocenę głodu, chęci do jedzenia, sytości i przewidywanego spożycia pokarmu, poprzez umieszczenie pionowego znaku na skali liniowej 0-100 mm. Ta wizualna skala analogowa będzie mierzona od lewej do prawej, gdzie 0 oznacza brak doświadczenia ze zmienną (np. nie jest głodny, nie jest w stanie nic zjeść), a 100 wskazuje najwięcej każdej zmiennej, jakiej mogą sobie wyobrazić (np. intensywne pragnienie jedzenia lub pełne najedzenie). Wartości tych 4 zmiennych zostaną połączone w celu obliczenia łącznej oceny apetytu (CAS). Po zakończeniu pomiarów wyjściowych badani spożyją koktajl mleczny z mieszanymi składnikami odżywczymi (Ensure Plus, Abbott Nutrition) w dawce 5 ml/kg masy ciała, który zostanie uzupełniony (o zawartości 1% węglowodanów) glukozą znakowaną 13-węglami (13C). Arterializowane próbki krwi żylnej będą następnie pobierane co 10 minut w celu oceny poziomu glukozy i mleczanu oraz co 20 minut w celu oceny poziomu insuliny i inkretyn w surowicy. Pomiar REE i RER będzie wykonywany w ostatnich 15 minutach każdego 30-minutowego okresu przez następne 2 godziny w celu oceny utleniania paliwa i tempa metabolizmu, a próbka wydychanego powietrza zostanie pobrana do probówek próżniowych w celu oznaczenia 13CO2 w późniejszym terminie. Subiektywny apetyt będzie oceniany co 15 minut przy użyciu wizualnej skali analogowej, jak opisano powyżej, a pod koniec 2-godzinnego okresu poposiłkowego badani otrzymają testowy posiłek na bazie makaronu ad libitum i zostaną poinstruowani, aby jedli, aż poczują się komfortowo syci. Posiłek ten będzie się składał z gotowanego suszonego białego makaronu, dostępnego w handlu sosu do makaronu na bazie pomidorów, oliwy z oliwek i tartego twardego sera, o składzie 37% całkowitej energii pochodzącej z tłuszczu, 48% węglowodanów i 16% białka. Zjedzona ilość zostanie zarejestrowana i powiązana z subiektywnymi ocenami apetytu.