Adaptações metabólicas e musculares durante a inatividade em 3 dias de repouso no leito

O repouso no leito é um modelo experimental amplamente aceito usado para estudar as adaptações fisiológicas ao voo espacial, incluindo perda de massa óssea e muscular, deslocamento de fluidos e descondicionamento cardiovascular. Geralmente, os participantes são solicitados a passar um período na cama, com todas as atividades da vida diária sendo realizadas na posição horizontal ou de cabeça para baixo (HDT), minimizando o uso de todos os músculos e trazendo adaptações fisiológicas significativas semelhantes às observadas durante voo espacial. Um número substancial de estudos de repouso no leito humano foi realizado variando de 3 a 370 dias de duração. No entanto, atualmente existem lacunas em nossa compreensão; a taxa e a magnitude da desregulação fisiológica que ocorre durante a microgravidade real e simulada (já que a maioria dos estudos até o momento considerou principalmente os pontos de tempo pré e pós-repouso no leito); os locais e mecanismos que controlam a desregulação induzida pelo repouso no leito; se os processos subjacentes às alterações fisiológicas agudas são os mesmos observados a longo prazo. Melhorar nossa compreensão dessas questões permitiria que as intervenções destinadas a minimizar a desregulação fisiológica induzida pelo repouso no leito fossem mais efetivamente focadas nos períodos de tempo em que a taxa de início da desregulação fisiológica é provavelmente maior. Isso contribuiria para que o sucesso futuro fosse alcançado em voos espaciais tripulados prolongados, por ex. uma missão tripulada a Marte, porque uma compreensão da etiologia e do curso do tempo da desregulação fisiológica que acompanha a exposição prolongada à microgravidade permitiria a implementação de contra-medidas eficazes. Além disso, os modelos de repouso no leito apresentam uma oportunidade única para estudar as consequências do repouso no leito naqueles que podem sofrer períodos prolongados de inatividade durante a hospitalização, decorrentes de doença ou lesão.

A inatividade está associada ao desenvolvimento de resistência à insulina e contribui para o desenvolvimento de muitas doenças metabólicas modernas, incluindo obesidade, diabetes tipo 2, dislipidemia e hipertensão (1,2); sendo a inatividade física citada como a principal causa de 27% dos casos de diabetes e 30% dos casos de cardiopatia isquêmica. No entanto, o curso do tempo, a especificidade relativa do tecido (fígado versus músculo) e a base mecanicista da resistência à insulina induzida por inatividade e sua reversão por remobilização representam grandes lacunas em nossa compreensão atual. Além disso, a resistência à insulina é uma observação com várias etiologias possíveis e os mecanismos envolvidos no desenvolvimento desta condição com repouso/imobilização de curto prazo podem ser diferentes daqueles envolvidos com inatividade de longo prazo/crônica. Mais pesquisas nesta área são, portanto, justificadas.

O estudo atual faz parte de um projeto maior que inclui um estudo de repouso no leito de 60 dias, a longo prazo, conduzido em colaboração com a Agência Espacial Européia, nas instalações do Institut Médecine Physiologie Spatiale em Toulouse, França, e será comparado com as medidas que estão sendo conduzidos no experimento de repouso prolongado no leito.

Fase 'Run-in'; Após uma triagem médica bem-sucedida, os participantes iniciarão uma fase de 'Run-in' durante a qual seus níveis de atividade habituais serão avaliados por acelerometria. As necessidades energéticas individualizadas serão estimadas usando a equação de taxa metabólica de repouso de Harris-Benedict modificada e fator de nível de atividade física e uma dieta padronizada (composição de macronutrientes (expressa como uma porcentagem da ingestão total de energia alimentar) sendo ~ 55% carboidratos, ~ 30% gordura e ~ 15% de proteína) serão fornecidos nos 3 dias anteriores à primeira sessão experimental. No dia anterior a esta sessão, os participantes serão convidados a abster-se de qualquer exercício extenuante e a jejuar a partir da meia-noite, consumindo apenas água a partir desse momento. Na chegada, uma varredura de absorciometria de raios X de dupla energia (DEXA) será realizada para caracterizar todo o corpo e massas de gordura nas pernas. O participante será então solicitado a deitar em uma cama de hospital na posição supina (um travesseiro) e as medidas de volume muscular e arquitetura serão determinadas por ultrassonografia do músculo vasto lateral usando uma sonda linear de 13-4 megahertz de 100 mm. Isso fornecerá uma representação global da anatomia do músculo quadríceps para padronizar os cálculos da captação de glicose nas pernas e determinar a contribuição da massa muscular e dos lipídios intramiocelulares para a resistência à insulina nas pernas. Amostras de biópsia muscular serão obtidas do vasto lateral antes e imediatamente após um grampo euglicêmico hiperinsulinêmico de 3 horas (3). Biópsias musculares serão obtidas pela técnica de Bergström em condições estéreis, após injeção de anestésico local. Um cateter venoso femoral anterógrado será inserido (usando a técnica de Seldinger sob orientação de ultrassom) para permitir que o sangue venoso drenado da perna seja analisado quanto à concentração de glicose e comparado com a concentração de glicose de amostras de sangue venoso arterializado (pontos de tempo 0, 150, 160, 170 e 180 minutos). Ao mesmo tempo em que a amostra de sangue venoso femoral é coletada, uma avaliação do fluxo sanguíneo da artéria femoral (mmol/min) será feita usando ultrassonografia para permitir o cálculo da captação de glicose na perna. A calorimetria indireta será realizada antes e nos últimos 15 minutos do clamp hiperinsulinêmico-euglicêmico de 180min.

No dia seguinte à visita do 'clamp', uma varredura de espectroscopia de ressonância magnética (MRS) de 3 Tesla será realizada para avaliar o conteúdo de lipídios intramiocelulares (IMCL), lipídios extramiocelulares (EMCL) e triglicerídeos hepáticos. Uma ressonância magnética (MRI) também será realizada para determinar a área transversal do músculo da coxa e a massa muscular do corpo inteiro. Após as varreduras de ressonância magnética (RM), os participantes serão submetidos a uma curta avaliação proprioceptiva dos membros inferiores em um aparelho somatossensorial especialmente projetado chamado Active Movement Extent Discrimination Assessment (AMEDA). Os participantes ficarão de pé no aparelho e terão cada tornozelo movido por 5 ângulos diferentes de inversão e serão solicitados a avaliar o grau de posição do tornozelo. Este método foi validado para determinar a discriminação proprioceptiva e será repetido após o RM realizado no dia 4 para avaliar as diferenças antes e depois do repouso no leito.

Antes do início do período de repouso no leito, amostras de saliva e urina serão coletadas para medidas de marcação de fundo de creatina, creatinina, água e 3-metil-histidina (MH) com deutério. Em seguida, os participantes receberão uma bebida contendo marcadores isotópicos estáveis; creatina deuterada (D3-Creatina 30 mg; para medir a massa muscular do corpo inteiro) e água deuterada, ou 'pesada', (D2O, 3g/kg de peso corporal, dividida em 3 alíquotas ingeridas com 20 minutos de intervalo, para medir a síntese de proteína muscular (MPS ) a partir de medidas de incorporação de tecido muscular). Duas horas após o consumo da dose final de D2O, uma amostra de saliva será coletada para medir o equilíbrio de D2O em todo o pool de água corporal. Será realizada coleta de urina de 24h nas 24h pós-ingestão de D3-creatina, e coleta pontual de urina às 36h, 48h e 72h. A urina será analisada para D3-creatina para contabilizar o 'transbordamento' e a rotulagem de D3-creatinina, que refletirá a diluição do rótulo em todo o pool de creatina corporal. O tamanho total do pool de creatina corporal e a massa muscular serão calculados a partir do enriquecimento de D3-creatinina na urina às 72h, após contabilizar qualquer perda de creatina D3 diretamente na urina. Além disso, 24 horas antes de iniciar o repouso no leito (dia -1), os participantes ingerirão o traçador Metil-D3-3 metil-histidina (10 mg, D3-MH para medir a degradação miofibrilar do corpo inteiro) em uma bebida. Mais 10 mg serão administrados no dia 2 de repouso no leito, com monitoramento de sangue no dia 3.

Fase de repouso no leito; Os participantes chegarão às instalações às 8h da manhã do dia 1, após um jejum noturno a partir das 22h da noite anterior. Para simulação dos efeitos fisiológicos da microgravidade, a cama é mantida em uma posição de inclinação de cabeça para baixo de 6° (posição HDT). Uma biópsia muscular com microagulhas Bard será realizada e repetida na manhã seguinte (dia 2 de repouso no leito) para avaliar a síntese de proteína muscular cumulativa durante as primeiras 24 horas de repouso no leito. Em cada dia após a biópsia, uma cânula venosa anterógrada será inserida no braço para amostragem de sangue a cada hora por um total de 6 horas para a medição da rotulagem D3-MH.

Recargas de D2O (calculadas a partir das taxas de renovação de água) serão fornecidas aos participantes nos dias 1 e 3 de repouso no leito, para manter o enriquecimento de D2O. Uma amostra de saliva será coletada para medir o enriquecimento de água corporal D2O e uma amostra de urina para rotulagem de D3 Creatinina.

Durante o repouso no leito, os participantes permanecerão na cama 24 horas por dia. Todas as atividades da vida diária, como procedimentos higiênicos, comer, ler e "ir" ao banheiro (uso de penicos e frascos de urina) ocorrem enquanto se mantém a posição de cabeça baixa durante o estudo. Os participantes podem se mover de um lado para o outro (da posição supina para a ventral ou lateral), mas não podem se sentar ou ficar de pé em nenhum momento. É permitido o uso de um travesseiro plano de tamanho pequeno, desde que os ombros ainda toquem o colchão. A ingestão dietética será controlada, com um multiplicador de atividade de 1,2 sendo usado para determinar as necessidades diárias de ingestão de energia. Cinco refeições diárias (café da manhã, lanche da manhã, almoço, lanche da tarde e jantar) são servidas no mesmo horário, durante todo o dia. Os participantes são incentivados a consumir todos os alimentos fornecidos. Eles podem consumir menos do que o fornecido, mas não receberão nenhum alimento adicional. Cada item alimentar é pesado em uma balança de precisão (±0,1 g) e quando os participantes não comem todos os alimentos fornecidos, os itens alimentares não consumidos são pesados ​​novamente e o valor subtraído do peso inicial para fornecer a ingestão real de alimentos. Os assuntos mantêm um ciclo dia-noite estrito. Eles são acordados às 7h e o apagamento das luzes ocorre às 23h.

Na manhã do 4º dia, após jejum noturno, os participantes serão submetidos ao segundo dia de 'pinça' conforme descrito acima (ultrassonografia da coxa, calorimetria indireta, canulação da veia femoral, biópsias musculares e pinça hiperinsulinêmica euglicêmica). A partir daí, será realizado o retorno gradual e supervisionado à postura ereta no leito, com monitorização cardiovascular contínua para evitar hipotensão postural. Os participantes permanecerão na cama, mas poderão sentar-se na posição vertical até a manhã do dia 5.

Fase pós-repouso; Na manhã do dia 5, os participantes serão transferidos (sem sustentação de peso) para uma cadeira de rodas e, em seguida, transportados para o scanner 3 Tesla MR para suas varreduras de ressonância magnética pós-repouso. Eles serão obrigados a jejuar a partir das 22:00 da noite anterior. Após as varreduras de RM, os participantes serão alimentados e poderão voltar a ficar de pé em um ambiente controlado. Eles então passarão por uma reabilitação supervisionada nas instalações da academia da Universidade de Nottingham, composta por 6 séries de 8 repetições (a 75% do máximo) de contrações de extensão do joelho de uma perna em uma perna alocada aleatoriamente, pois isso demonstrou fornecer um estímulo anabólico (4), e depois ser autorizado a voltar para casa. As sessões de reabilitação duram aproximadamente 30 minutos. Eles retornarão nos dias 6 e 7 do período sem repouso no leito para passar por outras sessões de reabilitação supervisionadas conforme descrito acima. A ingestão dietética padronizada será mantida durante a fase pós-repouso. Às 08:00 da manhã do dia 8, eles comparecerão ao laboratório para uma visita final 'clamp' que consiste nos mesmos procedimentos detalhados acima, com a seguinte modificação; será realizada uma biópsia muscular de Bergström na perna submetida ao treinamento de exercícios de reabilitação pré e pós clamp euglicêmico hiperinsulinêmico. Uma biópsia de microagulhamento de Bard será realizada na perna contralateral somente antes do clampeamento de 3 horas, a fim de comparar a síntese de proteína muscular entre as pernas. Finalmente, no dia 9, as varreduras MRS e MRI serão realizadas da mesma maneira descrita acima. Quando a varredura MRS final for realizada, será o fim do protocolo de estudo.