Symulacja siedlisk planetarnych: badania metabolizmu kości (PlanHab)

Ryzyko utraty masy kostnej w odpowiedzi na unieruchomienie i lot kosmiczny jest powszechnie znane, przy czym taka utrata masy kostnej występuje głównie w nogach. Siły obciążające w kończynach dolnych są zazwyczaj niskie w przestrzeni i podczas leżenia w łóżku, ale środki zaradcze związane z obciążeniem układu mięśniowo-szkieletowego mogą zapobiegać lub zmniejszać utratę masy kostnej wywołaną w tych warunkach. Chociaż pierwotne pochodzenie może mieć charakter mechaniczny, utrata masy kostnej u astronautów i unieruchomionych pacjentów jest prawdopodobnie modulowana przez układ hormonalny i środowisko wewnętrzne.

Utrata kości i osteoporoza są również powszechne u osób z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP). Najczęściej dyskutowane czynniki etiologiczne tego stanu obejmują brak aktywności fizycznej, niedobór witaminy D, hipogonadyzm, stosowanie kortykosteroidów i palenie tytoniu. Jednak POChP wiąże się z hipoksemią tkanek i nie jest jasne, czy niedotlenienie per se wpływa na obrót kostny lub metabolizm.

Protokół obecnego badania standaryzuje potencjalne czynniki zakłócające, takie jak aktywność fizyczna, temperatura otoczenia, bodziec niedotlenienia i skład żywieniowy diety we wszystkich 3 interwencjach, i ma na celu poszerzenie naszej wiedzy na temat wpływu niedotlenienia i leżenia w łóżku na metabolizm kości i fosfor -homeostaza wapniowa.

Czternastu nieotyłych mężczyzn, którzy poza tym są zdrowi, zostanie zatrudnionych po badaniach lekarskich 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 wizytą kontrolną przeprowadzaną 14 dni po każdej interwencji. 3 interwencje zostaną przydzielone w losowym, krzyżowym projekcie: i) Normobaryczny normoksyczny odpoczynek w łóżku (NBR; FiO2=21%), ii) Normobaryczny niedotlenienie ambulatoryjny (HAMB; FiO2=14%; ~4000 m symulowana wysokość), oraz iii) leżenie w łóżku w stanie hipoksji normobarycznej (HBR; FiO2=14%). We wszystkich kampaniach obowiązywać będzie wystandaryzowany, powtarzalny, 14-dniowy jadłospis składający się z produktów powszechnie spożywanych w diecie słoweńskiej. Docelowe spożycie energii będzie wyliczane indywidualnie według zmodyfikowanej formuły Benedicta-Harrisa, z mnożnikami współczynnika aktywności fizycznej wynoszącymi 1,2 dla kampanii HBR i NBR oraz 1,4 dla kampanii HAMB, wykorzystywanymi do promowania bilansu energetycznego. Masa ciała będzie monitorowana codziennie podczas kampanii przy użyciu noszy wyposażonych w ogniwa obciążnikowe, a skład całego ciała będzie określany przed i bezpośrednio po każdej interwencji za pomocą absorpcjometrii rentgenowskiej z podwójną emisją wiązki wachlarzowej. Skład makroskładników diety będzie wynosił około 17% białka, 53% węglowodanów i 30% tłuszczu, z >1,1 g białka na kg masy ciała dziennie i dziennym spożyciem soli (chlorku sodu) <10 g. 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.

Uczestnicy będą mieli ocenianą zawartość mineralną kości w 5 punktach czasowych (przed, 3 w trakcie i jeden po każdej interwencji) za pomocą skanów pQCT łydki i uda. Skany poziome zostaną wykonane na 4%, 14%, 38% i 66% kości piszczelowej (ocenianej od jej dystalnego końca) oraz na 4% i 33% kości udowej. Dobowa zbiórka moczu zostanie uzyskana przed (2 punkty czasowe), w trakcie (11 punktów czasowych) i po (3 punkty czasowe) każdej interwencji i zostanie oceniona pod kątem zawartości wapnia i fosforanów w moczu oraz markera resorpcji kości (N-końcowy telopeptyd). Ponadto, wcześnie rano, na czczo, zostaną pobrane próbki krwi żylnej przed (2 punkty czasowe) i podczas (5 punktów czasowych) każdej interwencji. Zostaną one przeanalizowane pod kątem wapnia, fosforanów, specyficznej dla kości fosfatazy alkalicznej, hormonu przytarczyc, 25-hydroksywitaminy D, I-N-końcowego propeptydu prokolagenu i regulatorów metabolizmu kości (białko 1 związane z Dickkopfem i sklerostyna).