Effekterna av avlastning av hela kroppen på fysiologisk funktion

Den snabba förlusten av skelettmuskler sker under extrema fysiologiska tillstånd, framför allt inom intensivvård, hypoxi och under rymdfärd. Orsaken till denna accelererade förlust är okänd; dock kan interventioner som syftar till att bromsa nedgången ha djupgående effekter på livskvaliteten efter operationen och, i termer av rymdexpeditioner, förmågan att utföra uppdragskritiska uppgifter. Dessutom har de nuvarande tillgängliga metoderna för att mäta total skelettmuskelmassa begränsningar, bristande noggrannhet (antropometri och bioelektrisk impedansanalys (BIA)) eller är orörliga och kostsamma (dubbel röntgenabsorptiometri (DXA) och magnetisk resonanstomografi (MRI)) .

Det primära syftet med denna studie är att undersöka helkroppsskelettmuskelförlust inducerad genom 7 dagars helkroppsimmobilisering med hjälp av tre oberoende metoder; dubbel röntgenabsorptiometri (DXA), magnetisk resonanstomografi (MRT) och D3-kreatin-spädning (D3-cr). Ett antal sekundära mål är också inriktade, som har det gemensamma målet att mäta effekten av 7-dagars immobilisering på HBF; 1. Muskulär, neuromuskulär och kardiovaskulär anpassning; 2. Neurofysiologi, sömnarkitektur och kognition; 3. En rad rymdfärdsspecifika åtgärder som syftar till att karakterisera den intervention som föreslås i denna studie (hyper-buoyancy flotation (HBF) sängstöd) som en alternativ markbaserad analog för att observera det fysiologiska svaret på mikrogravitation.

Den muskulära, neuromuskulära och kardiovaskulära forskningen utförs av King's College London Centre of Human & Aerospace Physiological Sciences (KCL CHAPs) och sträcker sig från mätning av hela kroppens förändring till cellulär anpassning. Den totala skelettmuskelmassan kommer att mätas med DXA, MRI och D3-cr samt tvärsnittsarean av en enskild muskelgrupp (quadriceps) med hjälp av ultraljud. En biopsi kommer att tas från samma muskelgrupp (quadriceps) för att undersöka förändringar i muskelproteinsyntes (MPS), myofiberstorlek, kraft och protein:DNA-förhållande. Muskelprestanda kommer också att mätas, från hela kroppens kraftuttag med ett motrörelsehopp, till kraft som uttrycks av bålen, quadriceps, vaden och handtaget. Muskeltonus kommer att mätas i tre flexor- och tre extensormuskler i vaden, underarmen och nedre delen av ryggen. Plantarflexionsmusklerna i vaden kommer att bedömas ytterligare, med ankelproprioception, maximal styrka och yt-EMG av mediala gastrocnemius mätt. Blodprover kommer att tas för att särskilja förändringar i immunitet och benmarkörer. Försökspersonens längd kommer att mätas och intervertebral diskmorfologi särskiljas med hjälp av ultraljud och MRT.

De neuromuskulära och muskelprestationsmätningarna kommer att erhållas samtidigt. Elektrisk aktivitet som produceras av skelettmusklerna kommer att registreras och utvärderas med hjälp av elektromyografi (EMG). Innan kraftuttrycket av quadriceps testas, kommer även dynor att placeras så att muskeln kan stimuleras elektriskt och för att en maximal ofrivillig kraft ska mätas. Slutligen kommer en cykelergometerbedömning att genomföras, där kraften rampas gradvis och maximal aerob användning (VO2max) bestäms.

Utredningen av neurofysiologi, sömnarkitektur och kognition kommer att ske i samarbete med Sleep and Brain Plasticity Center (Department of Neuroimaging, IoPPN) och Sömnstörningscentret på Guy's Hospital. Denna studie kommer att titta på eventuella efterföljande förändringar i sömnarkitektur och neurofysiologi. Eventuella associerade kognitiva eller hjärnstrukturella förändringar, som kan induceras genom 1 veckas immobilisering av hela kroppen, kommer också att undersökas.

Procedurerna som beskrivs är utformade för att bedöma kända fysiologiska anpassningar som inträffar som en konsekvens av en mikrogravitationsmiljö, och är därför användbara jämförande verktyg från vilka HBF-modellen kan utvärderas.

Sexton manliga försökspersoner (18-40 år) kommer att rekryteras för att genomföra testprocedurer före och efter en 7-dagars kontrollperiod, där de kommer att fortsätta sina vanliga aktiviteter och förses med sitt totala (kontrollerade) kaloriintag, och före- och efter en 7-dagars avlastningsperiod, där försökspersonerna kommer att behöva ligga kvar på en bädd med hyperflytkraft (HBF).