Германски аерокосмически център (DLR), Институт по аерокосмическа медицина, Кьолн;

Адрес за заявки за повторно отпечатване и друга кореспонденция: P. Frings-Meuthen, DLR-Институт по аерокосмическа медицина, 51147 Кьолн, Германия (имейл: [имейл защитен]).

Германски аерокосмически център (DLR), Институт по аерокосмическа медицина, Кьолн;

Германски аерокосмически център (DLR), Институт по аерокосмическа медицина, Кьолн;

Университет в Бон, Департамент по хранене и наука за храните, Бон; и

Университет в Бон, Институт по медицинска биометрия, информатика и епидемиология, Бон, Германия

Германски аерокосмически център (DLR), Институт по аерокосмическа медицина, Кьолн;

Германски аерокосмически център (DLR), Институт по аерокосмическа медицина, Кьолн;

Германски аерокосмически център (DLR), Институт по аерокосмическа медицина, Кьолн;

Резюме

При обездвижването изследвахме ефекта от диета с високо съдържание на натриев хлорид (NaCl) върху костните маркери, азотния баланс и киселинно-алкалния статус. Осем здрави мъжки тестови субекти участваха в 14-дневно проучване за почивка в леглото (HDBR). По време на периода на почивка в леглото те са получили, в рандомизиран дизайн на кросоувър, високо (7,7 meq Na +/kg телесно тегло на ден) и ниско (0,7 meq Na +/kg телесно тегло на ден) NaCl диета. Както се очаква, 24-часовата екскреция на калций в урината е значително по-голяма във фазата на HDBR с висок прием на NaCl, отколкото във фазата на HDBR с нисък прием на NaCl (P според Световната здравна организация остеопорозата се разглежда като глобална тежест за здравеопазването и в момента засяга около 200 милиона души (14). Очаква се броят на страдащите да нараства непрекъснато с напредването на дълголетието в световното население. Освен жените в постменопауза, които са развили остеопороза в резултат на естрогенен дефицит, обездвижените хора като космически пътешественици и прикован на легло представляват и други групи от населението, уязвими към развитие на остеопороза, причинена от неизползване (12; 43, 62).

Допълнителен добре известен проблем, възникващ при тези обстоятелства, е мускулната атрофия, главно в антигравитационните мускули (15, 39, 51). Документираната загуба на мускулен обем и сила и намаляването на чистата телесна маса, както в космически пътешественици, така и при обездвижени лица, са свързани с промени в белтъчния обмен (1, 2, 11, 15, 41, 44, 66). Специфични промени, предизвикани от неизползване, включват отрицателен азотен баланс, намаляване на синтеза на протеин в цялото тяло и увеличаване на протеолизата на долните крайници, което води до намалено количество на контрактилен протеин в скелетните мускули (11, 20, 44, 57, 67).

Приемът на натрий от астронавтите, както и от общата популация е много по-висок от препоръчителния прием от + на ден (близо 5 g NaCl/ден) (17, 22, 23). Хранителният анализ на диетите на астронавтите при различни космически мисии показа, че приемът на астронавти е между 200 и 400 mmol Na + на ден (35). Средното индустриализирано западно население консумира близо 200 mmol, което е два пъти повече от препоръчаното (22).

В изследването, което представяме тук, ние предположихме, че при обездвижване, като 6 ° почивка в леглото с наклон на главата надолу (HDBR), модел, използван за симулиране на индуцирана от микрогравитация костна и мускулна загуба, висок прием на NaCl със съпътстващ нискостепенен метаболизъм ацидозата води до влошена костна резорбция и загуба на протеини. Сравнихме ефектите от високия и ниския прием на NaCl върху метаболизма на калция и костите, азотния баланс и киселинно-алкалния статус през 14 дни HDBR.

Субекти.

Осем здрави мъже доброволци (средна възраст 26,3 ± 3,5 години, телесно тегло 78,0 ± 4,3 кг) участваха в проучването, наречено „Солен живот 7“. Проучванията „Солен живот“ са поредица от няколко проучвания на отделението по метаболизъм в Германския аерокосмически център (DLR), занимаващи се с въздействието на NaCl върху няколко физиологични системи. Одобрението за изследването е получено от Етичния комитет на „Aerztekammer Nordrhein“, Дюселдорф, Германия и е проведено в съответствие с Декларацията от Хелзинки. Изследването е регистрирано на http://www.clinicaltrials.gov с уникалния пробен номер: NCT01183299 и дата на регистрация 08/13/2010.

Субектите бяха ограничени през целия период на изследване до нашето отделение за метаболизъм в DLR, Институт по аерокосмическа медицина, Кьолн, Германия. Доброволците са дали своето писмено информирано съгласие, след като са получили подробна информация за протокола от изследването и произтичащите от това рискове. Критериите за включване на субектите са преминали медицински и психологически тестове. Критериите за изключване са всяка история на хипертония, диабет, затлъстяване, ревматизъм, хиперлипидемия, чернодробно заболяване, костни заболявания, физически упражнения повече от четири пъти седмично, тютюнопушене, консумация на наркотици или излишък на алкохол. Освен това субектите трябва да имат отрицателни резултати от скрининг панел за тромбофилия (AT III, S-Akt, Lupus-PTT, феритин, фактор V Leiden, фактор IV и фактор II), тъй като те ще бъдат изложени на обездвижване по време на проучването.

Дизайн.

Проучването Salty Life 7 се състои от две части на проучването, всяка част разделена на 4-дневна фаза на адаптация (дни 1–4, амбулаторна), 14-дневна фаза на интервенция (дни 5–18, обездвижена в легло) и 3-дневна фаза на възстановяване (дни 19–21, амбулаторен). По време на периодите на почивка в леглото субектите получават или високо- [7,7 meq Na +/kg телесно тегло (BW) на ден] или ниско- (0,7 meq Na +/kg BW на ден) NaCl диета в кросоувър дизайн. Двете части от проучването бяха проведени поотделно с период на измиване от 6 месеца между тях. Обездвижването е извършено с 6 ° HDBR, валиден наземен модел за симулиране на индуцирана от микрогравитация костна загуба и сърдечно-съдови промени (6, 37, 42; 61). Субектите са държани в леглото в продължение на 24 часа и не им е било позволено да повдигат главата си> 30 ° от хоризонталата. Легналото положение беше потвърдено от постоянен видео мониторинг. Всички ежедневни дейности (като душ, претегляне, четене, гледане на телевизия) и всички дейности в тоалетната се извършват в тази позиция. По време на фазите на почивка извън леглото на субектите беше позволено да се разхождат в отделението, без да правят физически упражнения. През цялото време на проучването една медицинска сестра се е уверила, че се придържат към правилата на изследването.

Температурата и влажността се поддържат постоянни и се контролират по време на целия експеримент (средна температура 22,8 ± 0,82 ° C, средна относителна влажност 57,7 ± 4,8%).

По време на цялото проучване субектите получават индивидуално пригоден, стандартизиран и строго контролиран прием на хранителни вещества. Енергийният прием (общ енергиен разход, TEE) се изчислява чрез умножаване на базалната скорост на метаболизма, измерена чрез индиректна калориметрия с устройството Delta Trac (метаболитен монитор Deltatrac II MBH 200, Datex-Ohmeda), по ниво на физическа активност 1,4 [за светлина физически дейности, според немските референтни стойности на прием (16)] по време на амбулаторната фаза и с 1,1 по време на обездвижване, и добавяне на 10% от TEE за енергийни разходи, свързани с термогенезата. Ежедневната диета също е била постоянна за мазнини (antec 7000v, CTC Analytics AG; Zwingen, Швейцария). Коефициентът на вариация на този метод е 1.6% в рамките на поредица от анализи, извършени за един ден с прясно приготвени калибратори. Азотният баланс се изчислява като прием на азот (протеин/6,25) минус отделянето на азот в урината. Тъй като загубите на азот през кожата и изпражненията са много ниски и се считат за постоянни (33), те не са взети предвид при изчисляването на азотния баланс.

Метаболитните параметри на киселинно-алкалния статус (рН, бикарбонат и излишни концентрации на база) се определят в капилярна кръв с клиничен анализатор на кръвни газове (Radiometer ABL5, Willich, Германия). Анализът на кръвни газове е насрочен след вземане на проби от венозна кръв, направен два пъти във фазата на адаптация, 6 пъти във фазата на интервенция и два пъти във фазата на възстановяване. Капилярна кръв се артериализира с гореща черешова възглавница. Концентрациите на бикарбонат и база са изчислени съгласно уравнението на Хендерсън-Хаселбалх (31) и действителната концентрация на хемоглобин, която е измерена същата сутрин с хемограма (Coulter ACT 5diff CP, BeckmanCoulter, Германия). Всички проби бяха събрани от обучени медицински технически сътрудници в антикоагулантни епруветки без въздушни мехурчета и незабавно анализирани. В допълнение, киселинно-алкалният статус беше определен в 24-часови проби от урина през последните 2 дни от фазите на адаптация и интервенция. Титруемата киселина (TA), амоний (NH 4 +) и бикарбонат (HCO 3 -) се измерват съгласно метода на Lüthy et al. (46). Нетната екскреция на киселина (NAE) се изчислява като сума от TA и NH 4 + минус HCO 3 - .

Статистика.

Данните за възрастта и теглото на субектите са представени като средно ± SD, всички останали стойности като средно ± SE. Средните стойности на всеки тестван субект за всяка фаза на изследването са сравнени статистически чрез смесен модел на линейна регресия, който отчита изискванията на кросоувърния дизайн (SAS, PROC MIXED). Сравнението на стойностите на NAE беше направено с тези на Student т-тест за зависими променливи. The т-тестът също показа, че базовите нива в края на фазата на адаптация са идентични за фазите на прием с високо и ниско съдържание на NaCl. Ефектът от консумацията на NaCl се счита за значителен, когато разликата между двете лечения, нисък и висок прием на NaCl, е значителна. Средните стойности на маркери за екскреция на калций и костна резорбция през интервенционните периоди също са сравнени със средните изходни нива (от последните до последните дни от преамбулаторната фаза) с тези на Student т-тест за зависими променливи. Тествани са сезонни и висящи ефекти, които могат да бъдат изключени. Минимумът P Стойността, приета като значителна, беше P +: P = 0,63; Ca 2+: P = 0,06), докато концентрацията на серумен хлорид е значително по-висока по време на висок, отколкото при нисък прием на сол (висок, 103,88 ± 0,91 mmol/l; нисък, 99,95 ± 1,00 mmol/l; P

Таблица 1. Електролити, PTH, маркер за костно образуване и кръвни газове по време на нисък и висок прием на сол

Стойностите са средни стойности ± SE, н = 8 за нисък и висок прием на NaCl при кросоувър дизайн. PTH, паратиреоиден хормон; bAP, костно-специфична алкална фосфатаза; PINP, NH2-краен пропептид от тип I проколаген.

† Различен от ниския NaCl (P ‡ Различен от ниския NaCl (P +/kg телесно тегло на ден, ниски NaCl и HDBR увеличават екскрецията на калций с 19% (P

натриев

Фиг. 1.Средни стойности на 24-часова екскреция на калций и маркер за костна резорбция COOH-телопептид (CTX) и NH2-телопептид (NTX) преди NaCl интервенция при амбулаторни условия (BL = изходно ниво) и по време на почивка в леглото (BR) с висок или нисък NaCl поемане. Показаните стойности са средни стойности ± SE; н = 8 за нисък и висок прием на NaCl при кросоувър дизайн. UCTX, CTX на урината; UNTX, пикочен NTX. * Значително увеличение от BL на BR (P

И двата маркера за резорбция на костите в урината NTX и CTX (фиг. 1) се различават значително между висок и нисък прием на NaCl по време на имобилизация (и двата P o 2 и P co 2 също не се различават между ниския и високия прием на сол по време на почивка в леглото (P o 2: P = 0,57, P co 2: P = 0,07). Нетната екскреция на киселина по време на HDBR (фиг. 2) е значително по-ниска при висок прием на NaCl, отколкото при нисък прием на NaCl (висока: 39,53 ± 3,74 meq/ден, ниска: 69,26 ± 4,72 meq/ден; P

Фиг. 2.Средни стойности на изследването дни 17 и 18. на нетна екскреция на киселина (NAE), като сбор от титруема киселина (TA) и амоний в урината (NH3) минус бикарбонат (HCO 3 -), с нисък и висок прием на сол през 14 дни почивка в леглото. Показаните стойности са средни стойности ± SE; н = 8 за нисък и висок прием на NaCl при кросоувър дизайн. ‡ Значителна разлика между ниския и високия прием на NaCl (P

В допълнение към тези резултати, високият прием на NaCl по време на HDBR индуцира по-отрицателен азотен баланс (среден азотен баланс по време на HDBR, висок NaCl: -1,26 ± 0,72 g/ден; среден баланс с нисък NaCl: -0,48 ± 0,79 g/ден) (P

Фиг. 3.Средни стойности на кумулативния азотен баланс по време на почивка в леглото (BR) с висок или нисък прием на NaCl. Показаните стойности са средни стойности ± SE; н = 8 за нисък и висок прием на NaCl при кросоувър дизайн. ‡ Значителна разлика между ниския и високия прием на NaCl (P

Всички описани ефекти върху костния метаболизъм, електролитите, киселинно-алкалното равновесие и азотния баланс бяха премахнати след премахване на стимула NaCl и обездвижването.

Увеличаването на приема на сол по време на 14-дневна почивка в леглото доведе до влошена костна резорбция и загуби на азот. Както при амбулаторните тестови субекти (25), повишената костна резорбция се придружава от промени в киселинно-алкалния статус, характеризиращи се като така наречената нискостепенна метаболитна ацидоза. Според Vormann и Daniel (69) нискостепенната метаболитна ацидоза се характеризира с леко изместване на рН на кръвта в рамките на нормалното, придружено от намаляване на общия буферен капацитет. На този етап клиничните симптоми не се откриват, но други метаболитни системи като мускули и кости играят съществена роля за коригиране на дисбаланса.

Освен това, нашите данни предоставят първите доказателства, че прилагането на краткосрочен много висок прием на NaCl може да доведе до допълнителни загуби на протеин в HDBR. В съответствие с резултатите на други (20, 57), ние показахме, че през първите дни на HDBR, азотният баланс има тенденция да бъде отрицателен, независимо от нивото на прием на NaCl. Въпреки това, във фазата на прием на ниско съдържание на NaCl азотният баланс се възстановява към края на периода HDBR, което предполага, че при 2 седмици HDBR общата загуба на протеин, причинена от неподвижност, е доста ниска. Когато субектите приемат диета с високо съдържание на NaCl, азотният баланс става по-отрицателен, което показва загуба на азот в цялото тяло. Тези данни предполагат, че по време на нисък прием на NaCl в краткосрочна почивка в леглото намаленото механично натоварване причинява само първоначална загуба на протеин. Въпреки това, когато намаленото механично натоварване се комбинира с висок прием на NaCl, загубата на протеини се изостря. Тъй като всеки грам азот представлява около 6,25 g протеин (65), кумулативните загуби на протеин с висок прием на NaCl след 14 дни HDBR общо 110 g протеин, докато при нисък прием на NaCl са загубени само 39 g протеин.

В обобщение нашите данни показват, че високият прием на NaCl по време на обездвижване, дори в по-голяма степен, отколкото при амбулаторните тестови субекти, налага загуби на кост и протеин, предизвикани от неизползване. Следователно в контекста, свързан с космоса, но и в ежедневния живот, изглежда много препоръчително да се подобри снабдяването с хранителни вещества чрез регулиране на приема на NaCl, за да се защитят не само костите, но и цялата мускулно-скелетна система. Тези резултати са много важни и за все повече хора, които водят заседнал начин на живот, което само по себе си се предполага като важен фактор, допринасящ за повишеното разпространение на остеопорозата. Честият висок прием на сол при тези хора ще засили риска от развитие на мускулно-скелетни проблеми. По отношение на основния механизъм, по-нататъшните проучвания трябва да се фокусират върху въпроса дали киселинно-алкалният баланс и/или електролитните дисбаланси са медиаторът на индуцираните от NaCl загуби на кост и протеин.

Изследователите на това проучване бяха частично подпомогнати от стипендия от фондация "Вернхер фон Браун". Изследването е финансирано от космическата програма DLR .

Не се декларират конфликти на интереси, финансови или други, от автора (авторите).