卧床休息 3 天不活动期间的代谢和肌肉适应

卧床休息是一种被广泛接受的实验模型，用于研究太空飞行的生理适应，包括骨骼和肌肉质量损失、体液转移和心血管失调。 通常，要求参与者在床上度过一段时间，所有日常生活活动都以水平或低头倾斜 (HDT) 姿势进行，从而最大限度地减少所有肌肉的使用，并带来与在实验中观察到的相似的显着生理适应。航天。 已经进行了大量持续时间为 3-370 天的人体卧床休息研究。 但是，目前我们对以下方面的理解存在差距；实际和模拟微重力期间发生的生理失调的速度和幅度（因为迄今为止的大多数研究主要考虑了睡前和睡后的休息时间点）；控制卧床休息引起的失调的部位和机制；急性生理变化背后的过程是否与长期观察到的过程相同。 提高我们对这些问题的理解将使旨在最大程度减少卧床休息引起的生理失调的干预措施最有效地集中在生理失调发生率可能达到最大的时间段。 这将有助于未来在长期人类太空飞行中取得成功，例如载人火星任务，因为了解伴随长期暴露在微重力环境中的生理失调的病因学和时程，将有助于实施有效的应对措施。 此外，卧床休息模型提供了一个独特的机会来研究卧床休息对那些因疾病或受伤而在住院期间可能长时间不活动的人的影响。

缺乏运动与胰岛素抵抗的发展有关，并导致许多现代代谢疾病的发展，包括肥胖、2 型糖尿病、血脂异常和高血压 (1,2)；缺乏运动被认为是 27% 的糖尿病和 30% 的缺血性心脏病的主要原因。 然而，时间进程、相对组织特异性（肝脏与肌肉）和不活动诱导的胰岛素抵抗的机制基础，以及通过再动员逆转，代表了我们目前理解的主要差距。 此外，胰岛素抵抗是一种具有多种可能病因的观察结果，短期卧床/固定不动导致这种情况发展的机制可能与长期/长期不活动所涉及的机制不同。 因此，在这一领域的进一步研究是必要的。

目前的研究是一个更大项目的一部分，该项目包括与欧洲航天局合作在法国图卢兹的 Institut Médecine Physiologie Spatiale 设施进行的 60 天长期卧床休息研究，并将与正在实施的措施进行比较在长期卧床休息实验中进行。

“磨合”阶段；成功进行体检后，参与者将开始“磨合”阶段，在此期间，他们的习惯性活动水平将通过加速度计进行评估。 个性化的能量需求将使用改良的 Harris-Benedict 静息代谢率方程和身体活动水平因子和标准化饮食（常量营养素组成（表示为总膳食能量摄入的百分比）为约 55% 的碳水化合物、约 30% 的脂肪和~15% 蛋白质）将在第一次实验前的 3 天内提供。 在本次会议的前一天，参与者将被要求放弃任何剧烈运动，并从午夜开始禁食，从那时起只喝水。 抵达后，将进行双能 X 射线吸收测定法 (DEXA) 扫描，以表征全身和腿部脂肪量。 然后将要求参与者以仰卧位（一个枕头）躺在医院病床上，肌肉体积和结构测量将通过使用 100 毫米线性阵列 13-4 兆赫探头的股外侧肌超声成像来确定。 这将提供股四头肌解剖结构的全局表示，以便标准化腿部葡萄糖摄取的计算并确定肌肉质量和肌细胞内脂质对腿部胰岛素抵抗的贡献。 在 3 小时高胰岛素正常血糖钳夹之前和之后立即从股外侧肌获取肌肉活检样本 (3)。 在注射局部麻醉剂后，将在无菌条件下使用 Bergström 技术进行肌肉活检。 将插入顺行股静脉导管（在超声引导下使用 Seldinger 技术）以分析从腿部流出的静脉血的葡萄糖浓度，并与动脉化静脉血样本的葡萄糖浓度进行比较（时间点 0、150、 160、170 和 180 分钟）。 在采集股静脉血样的同时，将使用超声检查法进行股动脉血流评估（毫摩尔/分钟），以计算腿部葡萄糖摄取量。 将在 180 分钟高胰岛素血症-正常血糖钳夹之前和最后 15 分钟进行间接量热法。

“钳夹”访问后的第二天，将进行 3 特斯拉磁共振波谱 (MRS) 扫描，以评估肌细胞内脂质 (IMCL)、肌外脂质 (EMCL) 和肝甘油三酯含量。 还将进行磁共振成像 (MRI) 扫描以确定大腿中部肌肉横截面积和全身肌肉质量。 在磁共振 (MR) 扫描之后，参与者将在一种称为主动运动范围辨别评估 (AMEDA) 的专门设计的体感设备上进行短的下肢本体感受评估。 参与者将站在设备上，让每个脚踝移动 5 个不同的倒转角度，并要求对脚踝位置的程度进行评分。 这种方法已经过验证，可以确定本体感受歧视，并将在第 4 天进行 MR 后重复，以评估卧床休息前后的差异。

在卧床休息期开始之前，将收集唾液和尿液样本，用于测量肌酸、肌酐、水和 3-甲基组氨酸 (MH) 与氘的背景标记。 之后，将为参与者提供含有稳定同位素示踪剂的饮料；氘化肌酸（D3-肌酸 30 毫克；用于测量全身肌肉质量）和氘化或“重”水（D2O，3 克/千克体重，分为 3 等份，间隔 20 分钟摄入，以测量肌肉蛋白质合成（MPS ) 来自肌肉组织结合测量)。 在消耗最后一剂 D2O 两小时后，将收集唾液样本以测量整个身体水池中 D2O 的平衡。 将在摄入 D3-肌酸后 24 小时进行 24 小时尿液收集，并在 36 小时、48 小时和 72 小时采集点尿样。 将分析尿液中的 D3-肌酸以解释“溢出”，以及 D3-肌酸标记，这将反映全身肌酸库中标记的稀释情况。 全身肌酸池大小和肌肉质量将根据 72 小时时尿液中的 D3-肌酸酐富集计算，并考虑直接进入尿液的 D3 肌酸的任何损失。 此外，在开始卧床休息前 24 小时（第 -1 天），参与者将摄入饮料中的甲基-D3-3 甲基组氨酸（10 毫克，D3-MH，用于测量全身肌肉肌原纤维分解）示踪剂。 在卧床休息的第 2 天将再给予 10 毫克，并在第 3 天进行血液监测。

卧床休息阶段；参与者将在前一天晚上 22:00 过夜禁食后，于第 1 天早上 8 点到达设施。 为了模拟微重力的生理效应，床保持在 6° 头向下倾斜位置（HDT 位置）。 将在第二天早上（卧床休息的第 2 天）进行并重复 Bard 微针肌肉活检，以评估在卧床休息的前 24 小时内累积的肌肉蛋白质合成。 在活组织检查后的每一天，将顺行静脉插管插入手臂以每小时采集一次血液，总共 6 小时以测量 D3-MH 标记。

将在卧床休息的第 1 天和第 3 天向参与者补充 D2O（根据水周转率计算），以维持 D2O 富集。 将采集唾液样本以测量 D2O 体内水分含量，并采集尿液样本以进行 D3 肌酐标记。

在卧床休息期间，参与者将每天 24 小时卧床休息。 所有日常生活活动，如卫生程序、进食、阅读和“去”洗手间（使用便盆和尿瓶）都在研究期间保持头低位的情况下进行。 参与者可以从一侧移动到另一侧（从仰卧位到腹侧位或侧卧位），但任何时候都不允许坐起或站立。 只要肩膀仍然接触床垫，就可以使用一个小尺寸的平枕。 将控制饮食摄入量，使用 1.2 的活动乘数来确定每日能量摄入量需求。 五餐（早餐、早点、午餐、下午点心和晚餐）在一天中的同一时间供应，贯穿始终。 鼓励参与者食用所有提供的食物。 他们可以消耗少于提供的食物，但不会获得任何额外的食物。 每个食物都在精确 (±0.1 g) 的秤上称重，如果参与者没有吃掉所有给定的食物，则重新称量未食用的食物，并从初始重量中减去该值以提供实际食物摄入量。 受试者保持严格的昼夜循环。 他们在早上 7:00 醒来，晚上 11:00 熄灯。

第 4 天早上，在禁食一夜后，参与者将进行上述第二个“钳夹”日（大腿超声扫描、间接量热法、股静脉插管、肌肉活检和正常血糖高胰岛素钳夹）。 在此之后，将逐步在监督下恢复到床上的“直立”状态，并持续监测心血管以避免体位性低血压。 参与者将留在床上，但可以直立坐姿直到第 5 天早上。

卧床后阶段；第 5 天早上，参与者将（不负重）转移到轮椅上，然后运送到 3 特斯拉 MR 扫描仪进行卧床休息后 MR 扫描。 他们将被要求从前一天晚上 22:00 开始禁食。 在 MR 扫描之后，参与者将被喂食并允许在受控环境中恢复站立。 然后，他们将在诺丁汉大学的健身房设施中接受监督康复，包括 6 组，每组 8 次重复（最大 75%）的单腿膝盖伸展收缩，随机分配一条腿，因为这已被证明可以提供合成代谢刺激(4)、然后获准回国。 康复课程将持续约 30 分钟。 他们将在非卧床休息期的第 6 天和第 7 天返回，接受如上所述的进一步监督康复课程。 在整个卧床后休息阶段将保持标准化的饮食摄入。 在第 8 天早上 08:00，他们将到实验室进行最后一次“钳夹”访问，该访问包括与上述相同的程序，但有以下修改； a Bergström 肌肉活检将在正常血糖高胰岛素钳夹前后接受康复运动训练的腿上进行。 仅在 3 小时钳夹之前对对侧腿进行 Bard 显微针活检，以比较腿部之间的肌肉蛋白质合成。 最后，在第 9 天，将以与上述相同的方式执行 MRS 和 MRI 扫描。 完成最后一次 MRS 扫描后，研究方案即告结束。