E. Mulder

Institutul de Medicină Aerospațială, Centrul German Aerospațial (DLR), Köln, Germania

Domnule Clément

Universitatea Spațială Internațională, Strasbourg, Franța

D. Linnarsson

Departamentul de Fiziologie și Farmacologie, Institutul Karolinska, Stockholm, Suedia

W. H. Paloski

Departamentul de Sănătate și Performanță Umană, Universitatea din Houston, Houston, SUA

F. P. Wuyts

Universitatea din Anvers, Anvers, Belgia

J. Zange

Institutul de Medicină Aerospațială, Centrul German Aerospațial (DLR), Köln, Germania

P. Frings-Meuthen

Institutul de Medicină Aerospațială, Centrul German Aerospațial (DLR), Köln, Germania

B. Johannes

Institutul de Medicină Aerospațială, Centrul German Aerospațial (DLR), Köln, Germania

V. Șușkov

Institutul de Medicină Sportivă, Facultatea de Medicină din Hanovra, Hanovra, Germania

M. Grunewald

Institutul de Medicină Sportivă, Facultatea de Medicină din Hanovra, Hanovra, Germania

N. Maassen

Institutul de Medicină Sportivă, Facultatea de Medicină din Hanovra, Hanovra, Germania

J. Buehlmeier

Departamentul de Științe ale Alimentației și Nutriției, Universitatea din Bonn, Bonn, Germania

J. Rittweger

Institutul de Medicină Aerospațială, Centrul German Aerospațial (DLR), Köln, Germania

Abstract

Obiective

Prezentul studiu a evaluat eficacitatea unui regim zilnic scurt și versatil de exerciții, denumit antrenament de înlocuire a locomoției (LRT), pentru a menține dimensiunea musculară, rezistența izometrică, puterea și capacitatea de rezistență a mușchilor picioarelor după 5 zile de înclinare cu capul în jos (HDT) )) repaus la pat.

Metode

10 subiecți de sex masculin (vârsta de 29,4 ± 5,9 ani; înălțime 178,8 ± 3,7 cm; masa corporală 77,7 ± 4,1 kg) au efectuat, în ordine aleatorie, 5 zile de 6 ° repaus în pat înclinat (BR) fără exerciții (CON), sau BR cu zilnic 25 de minute în poziție verticală (STA) sau LRT.

Rezultate

Extensia genunchiului și aria secțiunii transversale a flexorului plantar (CSA) au fost reduse cu 2-3% după repausul la pat (P Cuvinte cheie: Hipokinezie, contramăsură pentru exerciții, mușchi scheletic, markeri osoși, fatigabilitate

Introducere

Metode

Proiectare generală

Prezentul studiu de 5 zile a făcut parte dintr-o serie de studii de repaus la pat organizate de Agenția Spațială Europeană (ESA), începând cu o repaus la pat pe termen scurt în pregătirea pentru mai multe studii pe termen lung. Detaliile designului au fost prezentate în altă parte (Mulder et al. 2014). Pe scurt, au fost programate un total de trei campanii de odihnă la pat. Fiecare campanie a constat din 5 zile de colectare a datelor de bază (BDC-5 până la BDC-1), 5 zile de odihnă la pat în 6 ° înclinare cu capul în jos (HDT1 până la HDT5) și 6 zile de recuperare (R + 0 până la R + 5). Perioada de spălare între sfârșitul campaniei 1 și începutul campaniei 2 a fost de 50 de zile; perioada de spălare între sfârșitul campaniei 2 și începutul campaniei 3 a fost de 94 de zile. Fiecare subiect a efectuat în mod aleatoriu doar repaus la pat (CON), repaus la pat cu 25 de minute în picioare zilnic în picioare (STA) sau repaus la pat cu 25 de minute de antrenament de înlocuire a locomoției (LRT). În pat, subiecții au menținut 6 ° HDT timp de 24 de ore pe zi (cu excepția a 25 de minute în intervențiile LRT și STA). Proiectarea studiului a fost aprobată de Comitetul de Etică al asociației medicale din Rinul de Nord din Düsseldorf, Germania și a fost organizat de Institutul de Medicină Aerospațială DLR.

Subiecte

10 subiecți de sex masculin care și-au dat acordul scris au finalizat studiul. Caracteristicile de bază sunt furnizate în Tabelul 1. Un subiect a întrerupt studiul pe BDC-3 din prima campanie și a fost înlocuit instantaneu de un voluntar de rezervă. Acest subiect a efectuat totuși toate experimentele (inclusiv sesiunile de familiarizare) care au fost planificate pentru BDC-5 și BDC-4.

tabelul 1

Caracteristicile subiectului la momentul inițial

Vârstă (ani) Înălțime (cm) Masă corporală (kg) Grăsime corporală (%)
CON29,7 ± 6,0178,8 ± 4,877,8 ± 4,818,8 ± 3,7
STA29,6 ± 5,8178,8 ± 4,878,1 ± 4,918,8 ± 3,3
LRT29,6 ± 5,8178,8 ± 4,878,0 ± 5,018,4 ± 4,1

Grăsimea corporală (%) se bazează pe absorptiometria cu raze X cu energie duală a întregului corp (DEXA)

Numai odihnă de pat CON, STA în poziție verticală, antrenament de înlocuire a locomoției LRT

Intervenții și condiții de control

Antrenament de înlocuire a locomoției (LRT)

Subiecții au executat zilnic sesiunea verticală de 25 de minute LRT în timpul fazei HDT. Această sesiune a constat dintr-o combinație de ridicări de călcâi, genuflexiuni și exerciții de sărituri în poziție verticală (a se vedea Mulder și colab. (2014) pentru detalii). Pe scurt, subiecții au efectuat trei blocuri: primul bloc a constat în 20 de ridicări bilaterale ale călcâiului, 20 de genuflexiuni (90 °) și 4 seturi de 6 salturi reactive; blocul doi a constat din 2 × 12 ridicări unilaterale ale călcâiului, 12 ghemuituri adânci (60 °) și sărituri ca mai sus. Blocul trei a constat din 2 × 12 ridicări unilaterale ale călcâiului, ghemuire superficială (120 °) și salturi încrucișate și terminat cu o ghemuitură statică (90 °). Un minut de pauză verticală a fost încorporat între blocuri. O mașină Smith cu șine fixe (PTS-1000 Dual Action Smith Cage, Hoist Fitness Systems, San Diego, SUA) a fost folosită pentru a ghida exercițiile de ridicare a călcâiului și de ghemuire. Squats și creșterea călcâiului au fost efectuate în funcție de greutatea corporală plus greutatea suplimentară a bara (15 kg). Ridicările călcâiului s-au efectuat cu genunchii drepți și fără dorsiflexie a gleznei. Ghemuiturile de mică adâncime au fost efectuate continuu timp de 3 minute. Salturile reactive și salturile încrucișate (stânga - dreapta-stânga - dreapta etc.) au fost efectuate fără Smith Machine. Salturile reactive au fost efectuate cu mingea piciorului (tocurile nu atingeau solul) la

3 repetări pe secundă separate de 15 secunde de repaus la fiecare șase sărituri. Saltul încrucișat a fost efectuat continuu timp de 3 minute la o frecvență de 1,3 repetări pe secundă. Durata exercițiilor a fost neschimbată în timpul studiului, cu excepția ghemuitului static, care a crescut de la 45 s la HDT1 la 70 s la HDT5 în scopuri motivaționale.

În picioare (STA)

Deși încărcarea gravitațională în sine (adică, în picioare) toleranță ortostatică parțial conservată în timpul repausului la pat (Vernikos și colab. 1996), consensul general este că „încărcarea statică” este ineficientă pentru menținerea integrității osoase și musculare [de exemplu, (Lanyon și Rubin 1984 )]. Starea în picioare a fost implementată ca o „condiție de control activ” pentru a testa dacă efectele LRT au fost legate de exercițiul în sine sau legate de faptul că exercițiile au fost efectuate în postura verticală (adică încărcată gravitațional). În acest scop, fiecare subiect a stat în poziție verticală chiar lângă pat timp de 25 de minute. Ambele picioare au fost în contact cu podeaua în timpul și orice tip de activitate fizică (de exemplu, ridicarea călcâiului, ghemuirea sau mersul) a fost interzisă.

Stare de control (CON)

Subiecții au rămas în HDT 24 de ore pe zi timp de 5 zile și s-au abținut de la orice tip de exercițiu fizic și/sau postură verticală.

Mărimea mușchilor

CSA maximă a musculaturii extensorului genunchiului și flexorului plantar de la membrele drepte a fost evaluată o dată înainte (BDC-2) și o dată după BR (R + 0) utilizând imagistica prin rezonanță magnetică (scanerul Sonatei Siemens) la 1,5 Tesla folosind o secvență de ecou de spin (TR = 28,00 ms, TE = 4,78 ms). Imaginile axiale cu grosimea feliei de 3 mm (coapsă) sau 2 mm (piciorul inferior) au fost achiziționate cu o matrice de 256 × 224 pixeli de 1,0 × 1,0 mm dimensiune pixel. Subiecții au fost poziționați cu coapsele în plan orizontal, iar sistemele de fixare a picioarelor au fost utilizate. Pentru a preveni schimbarea fluidelor de a influența CSA secundar unei modificări a poziției corpului, subiecții au rămas în decubit dorsal timp de 30 de minute înainte de începerea imaginii. Extensorul genunchiului și mușchiul flexor plantar au fost fiecare înconjurat manual de un operator orbit atât de sesiune, cât și de intervenție, iar CSA a fost calculat utilizând software-ul semi-automat SliceOmatic 4.3 (Tomovision, Magog, Canada). Mediile glisante ale valorilor CSA au fost calculate pentru trei diapozitive succesive (Mulder și colab. 2006) și cea mai mare valoare medie a fost utilizată ca CSA maximă pentru evaluarea ulterioară.

Funcția musculară

Fatigabilitatea musculară a extensorului genunchiului a fost evaluată înainte (BDC-1) și după BR (R + 0) la un unghi al genunchiului de 80 °, utilizând o contracție izometrică submaximală susținută de 90 de secunde. Cuplul țintă a fost stabilit la 50% din cel mai mare cuplu realizat în testul isometric al extensiei genunchiului MVC la 80 ° în ziua testării. Înainte de fiecare test, au fost efectuate două până la trei contracții de antrenament până când subiectul a reușit să atingă cuplul vizual de 50% țintă MVC fără dificultate. După o odihnă de 2 minute, subiecții au fost instruiți să atingă rapid cuplul țintă și să-l mențină timp de 90 de secunde, fără întreruperi. Subiecții au fost încurajați verbal să atingă cuplul țintă până la ora de finalizare. Deoarece unii subiecți nu au putut susține contracția 90-s fără întreruperi, timpul până la eșecul sarcinii a fost evaluat ca timpul până când cuplul a scăzut> 5% din valoarea inițială pentru o perioadă mai mare de 2 s.

Testul de săritură de contramutare a fost evaluat înainte (BDC-1) și după repaus la pat (R + 0). Subiecții s-au abținut de la orice tip de exercițiu în zilele testării. Subiecții stăteau pe o placă de forță de reacție la sol (Leonardo, Novotec Medical GmbH, Pforzheim, Germania) cu mâna pe șolduri. Când este stipulat de software-ul Leonardo, subiecții și-au flectat genunchii și ulterior au sărit cât mai sus posibil. În timpul săriturii, mâinile au rămas pe șolduri. Încercările au fost repetate atunci când subiecții au aterizat în afara platformei sau au trebuit să fie susținuți activ în menținerea echilibrului după aterizare. Procedura a fost repetată până când au fost dobândite trei studii valabile. Evaluarea forței maxime, a vitezei maxime și a înălțimii maxime a săriturilor și a adâncimii de contramutare (adică, coborârea centrului de masă în timpul contramobilei) a fost efectuată utilizând forțele de reacție la sol, software furnizat de producător, precum și software personalizat.

Înainte de procedurile efective de testare funcțională la BDC-1, fiecare subiect a fost familiarizat cu echipamentul și tehnicile adecvate în timpul sesiunilor dedicate programate la BDC-3. Această sesiune de familiarizare a fost identică în configurare cu sesiunile de testare efective, dar datele nu sunt incluse în comparații.

Colectarea probelor biologice

Probele de sânge de post au fost prelevate în zilele BDC-3, BDC-1; HDT2 și HDT5; și R + 1 și R + 5 în poziția culcat sau HDT în condiții standardizate la

07:00. la scurt timp după ce subiecții s-au trezit. Sângele integral a fost centrifugat după coagulare (3.000 rpm, 4 ° C, 10 min), iar serul a fost distribuit în alicote mici și imediat înghețat la -80 ° C până la analiză. Urina a fost colectată ca bazine de urină 24 de ore în toate zilele de studiu de la ± 7:00 a.m. până la ± 7:00 in ziua urmatoare. Golurile simple au fost stocate în condiții întunecate și răcite până la adunarea finală în volume de 24 de ore. Alicotele obținute ulterior au fost stocate la -20 ° C.

Metode de laborator

Concentrațiile serice ale markerilor de formare osoasă bAP și P1NP, precum și markerii de resorbție osoasă urinară NTX și CTX, au fost determinate cu teste disponibile comercial în laboratorul intern al Institutului de Medicină Aerospațială (bAP: Tandem R, Ostase, Hybritech, Liege, Belgia; PINP: Orion Diagnostica, Finlanda; NTX: Osteomark, Wampole Laboratories, Princeton, NJ; CTX: Crosslaps, Osteometer BioTech, Herlev, Danemarca). Variațiile între test și intra-test au fost după cum urmează. Analizele au fost bAP, 8,8%; PINP, 3,5%; NTX, 4.0; CTX, 5,5%; intra-test au fost bAP, 7,4%; PINP, 3,5%; NTX, 1,5%; CTX, 2,5%. Concentrațiile urinare de calciu au fost analizate în duplicat prin fotometrie cu flacără (EFOX 5053, Eppendorf, Germania).

Azotul total urinar a fost determinat prin chimioluminescență foarte sensibilă cu un analizor automat TNM-1 (Unitatea de măsurare a azotului total, Shimadzu, SUA) și injectorul de probă ASI-V (Shimadzu, SUA). În cadrul unei serii de analize de control efectuate în fiecare zi folosind calibratoare proaspăt preparate, coeficientul de variație al acestei metode a fost de 1,00% și recuperarea a fost de 103,68%. Bilanțul de azot a fost estimat ca aport de azot (proteină/6,25) minus excreția urinară de azot. Deoarece pierderile de azot prin piele și fecale sunt foarte mici și sunt considerate constante (Frings-Meuthen și colab. 1985), acestea nu au fost luate în considerare la calcularea echilibrului de azot.

Statistici

Aria secțiunii transversale CSA, cuplul isometric voluntar maxim MVC, amplitudinea EMG RMS a rădăcinii medii pătrate a electromiogramei în procentul amplitudinii undei M, opt. unghi unghi de îmbinare optim care produce cel mai mare MVC

* P 3) modificat ca urmare a 5 zile de odihnă la pat în oricare dintre grupurile de intervenție. Înălțimea maximă a saltului a scăzut semnificativ (P 1 în timpul studiului pentru intervențiile CON, STA și LRT. Datele (media ± SEM) reprezintă echilibrul absolut, adică diferența dintre aportul nutrițional minus excreția urinară.

musculo-scheletice

Bilanțul zilnic de azot (aportul nutrițional minus excreția urinară) în timpul studiului pentru intervențiile CON, STA și LRT. Datele sunt furnizate ca medie ± SEM

Tabelul 4

Valorile medii ale echilibrului azotului pentru CON, STA și LRT în timpul inițial (BDC), repaus la pat (HDT) și recuperare (R)

Intervenție Bilanț absolut de azot (g) (aport cumulativ - excreție urinară)BDCHDT R+
CON8,44 ± 1,984,31 ± 1,89 ***8,85 ± 1,89
STA8.11 ± 2.103,08 ± 2,41 ***7,96 ± 1,92
LRT11,68 ± 2,249,43 ± 1,67 ***12,01 ± 2,49

Valorile sunt prezentate ca sume medii cumulative ± SEM pentru fiecare intervenție pentru fiecare fază de studiu