Hintergrund Eine Entlastung der Skelettmuskulatur, zum Beispiel durch Bettruhe, führt zu einem ausgeprägten Verlust der Muskelhistomorphometrie und –funktionalität, der durch Muskelaufbautraining als Gegenmaßnahme verhindert oder abgeschwächt werden kann. Ziele Ziel ist, den Einfluss von reaktiven Sprüngen in Rückenlage auf die Muskelhistomorphometrie und –funktionalität der Ober- und Unterschenkelmuskulatur von Probanden einer 60-tägigen Bettruhestudie zu quantifizieren. Methoden Die RSL-Studie wurde von der European Space Agency (ESA) organisiert und vom DLR in der Forschungseinrichtung :envihab in Köln von 2015 bis 2016 veranstaltet. Sie wurde in zwei Kampagnen, mit jeweils 12 Teilnehmern in einer Kontrollgruppe (BR-CTRL) und einer Trainingsgruppe (BR-Jump) durchgeführt, aus denen letztlich 22 Probanden zu den Muskelbiopsaten (VL, n=21; SOL, n=22) beigetragen haben. Die Muskelbiopsate (jeweils etwa 150 mg Feuchtgewicht) wurden aus dem VL und SOL beider Muskeln vor (pre), am Ende (post) und zehn Tage nach (rec) Bettruhe entnommen, in flüssigem Stickstoff schockgefroren, zur weiteren Analyse histomorphometrisch (Muskelfasergröße und –typenverteilung), enzymhistochemisch (Succinat-Dehydrogenase-Aktivitätsfärbung) und immunohistochemisch (Antikörper gegen schwere Ketten des Myosins I & II, PECAM) aufgearbeitet sowie mittels konventioneller und konfokaler Lasermikroskopie ausgewertet. Ergebnisse 60-tägige Bettruhe führt zu einer Verringerung der Querschnittsoberfläche der Muskelfasern (VL, p< 0,0001; SOL, p< 0,0001) und einer Muskelzelltypenverschiebung über einen Anstieg hybrider Zellen (VL, p=0,0131; SOL, p<0,0001). Zusätzlich werden verschiedene Kapillariesierungsparameter, wie das Kapillaren-Muskelfaser-Verhältnis (p= 0.0065), und der indirekt ermittelte oxidative Sauerstoffverbrauch der Typ II Fasern reduziert (p= 0.0432). Dieser Rückgang der Muskelfasergröße, der Kapillarisierungsparameter, des Sauerstoffverbrauchs und die Muskelfasertypenverschiebung werden durch ein Training bestehend aus reaktiven Sprüngen im VL und SOL aufgehalten. Schlussfolgerung Reaktive Sprünge sind eine geeignete Maßnahme, einer Muskelatrophie durch Langzeitbettruhe entgegen zu wirken.
Background Extended skeletal muscle inactivity (disuse) in bed rest results in considerable loss in muscle histomorphology with functional impairments that can be alleviated by physical exercise as countermeasure. Objectives To test the outcome of reactive jumps at supine position on human thigh and calf muscle histomorphology (myofibre size and type distribution) and other functional parameters (capillarity and oxygen consumption) in bed rest participants (60 days RSL study). Methods The RSL study was organized by the European Space Agency (ESA) and hosted by the DLR at the :envihab human physiology facility, Cologne, Germany in 2015-2016. The study ran in two campaigns, one bed rest (BR) control (BR-CTRL) and one exercise (BR-Jump) group, each (n=12), finally resulting in total n=22 study participants subjected to muscle biopsies (VL, n=21; SOL, n=22). In both groups, muscle biopsies (approximated 150 mg wet weight) were taken from the thigh and calf muscle before (pre), at the end (post), and during 10 days of recovery (rec), frozen in liquid nitrogen and further analyzed according to routine histomorphometry (myofibre size and type distribution), histochemistry (SDH stain), and immunohistochemistry (anti-myosin heavy chain, MyHC I and II, PECAM) using conventional and confocal laser microscopy. Results: 60 days of bed rest induced significant reductions in muscle cross sectional area (VL, p<0,0001; SOL, p<0,0001) and myofibre type transition with increased amount of hybrids (VL, p=0,0131; SOL, p<0,0001). Several parameters for capillarity, such as capillary-to-fibre ratio (VL, p= 0.0065), and fibre-specific oxygen consumption of type II fibres, measured indirectly by SDH-activity, (p=0.0432) were reduced. Fibre size changes were attenuated, muscle-specific myofibre type distribution, capillarity and oxygen consumption rate were preserved in both VL and SOL by exercise in form of reactive jumps. Conclusion: Reactive jumps are an appropriate countermeasure to prevent muscle loss following disuse during long-term bed rest.
