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Systems View of Deconditioning During Spaceflight Simulation in the PlanHab Project: The Departure of Urine 1 H-NMR Metabolomes From Healthy State in Young Males Subjected to Bedrest Inactivity and Hypoxia

Šket, Robert und Deutsch, Leon und Prevoršek, Zala und Mekjavic, Igor B. und Plavec, Janez und Rittweger, Jörn und Debevec, Tadej und Eiken, Ola und Stres, Blaz (2020) Systems View of Deconditioning During Spaceflight Simulation in the PlanHab Project: The Departure of Urine 1 H-NMR Metabolomes From Healthy State in Young Males Subjected to Bedrest Inactivity and Hypoxia. Frontiers in Physiology, 11, Seite 532271. Frontiers Media S.A. doi: 10.3389/fphys.2020.532271. ISSN 1664-042X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2020.532271/full

Kurzfassung

We explored the metabolic makeup of urine in prescreened healthy male participants within the PlanHab experiment. The run-in (5 day) and the following three 21-day interventions [normoxic bedrest (NBR), hypoxic bedrest (HBR), and hypoxic ambulation (HAmb)] were executed in a crossover manner within a controlled laboratory setup (medical oversight, fluid and dietary intakes, microbial bioburden, circadian rhythm, and oxygen level). The inspired O₂ (FᵢO₂) fraction next to inspired O₂ (PᵢO₂) partial pressure were 0.209 and 133.1 ± 0.3 mmHg for the NBR variant in contrast to 0.141 ± 0.004 and 90.0 ± 0.4 mmHg (approx. 4,000 m of simulated altitude) for HBR and HAmb interventions, respectively. ¹H-NMR metabolomes were processed using standard quantitative approaches. A consensus of ensemble of multivariate analyses showed that the metabolic makeup at the start of the experiment and at HAmb endpoint differed significantly from the NBR and HBR endpoints. Inactivity alone or combined with hypoxia resulted in a significant reduction of metabolic diversity and increasing number of affected metabolic pathways. Sliding window analysis (3 + 1) unraveled that metabolic changes in the NBR lagged behind those observed in the HBR. These results show that the negative effects of cessation of activity on systemic metabolism are further aggravated by additional hypoxia. The PlanHab HAmb variant that enabled ambulation, maintained vertical posture, and controlled but limited activity levels apparently prevented the development of negative physiological symptoms such as insulin resistance, low-level systemic inflammation, constipation, and depression. This indicates that exercise apparently prevented the negative spiral between the host's metabolism, intestinal environment, microbiome physiology, and proinflammatory immune activities in the host.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/140044/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Systems View of Deconditioning During Spaceflight Simulation in the PlanHab Project: The Departure of Urine 1 H-NMR Metabolomes From Healthy State in Young Males Subjected to Bedrest Inactivity and Hypoxia
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Šket, RobertDepartment of Animal Science, Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Ljubljana, Slovenia,NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Deutsch, LeonDepartment of Animal Science, Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Ljubljana, Slovenia,NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prevoršek, ZalaDepartment of Animal Science, Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Ljubljana, SloveniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mekjavic, Igor B.Jozef Stefan InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plavec, JanezNational Institute of Chemistry,NMR Center, Ljubljana, SloveniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rittweger, JörnJoern.Rittweger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2223-8963NICHT SPEZIFIZIERT
Debevec, TadejDepartment of Automation, Biocybernetics and Robotics, Jozef Stefan Institute, Ljubljana, SloveniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eiken, OlaDepartment of Environmental Physiology, Swedish Aerospace Physiology Centre, Royal Institute of Technology, Stockholm, SwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stres, BlazDepartment of Animal Science, Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Ljubljana, SloveniaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 Dezember 2020
Erschienen in:Frontiers in Physiology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.3389/fphys.2020.532271
Seitenbereich:Seite 532271
Verlag:Frontiers Media S.A
Name der Reihe:Gastrointestinal Sciences
ISSN:1664-042X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:urine, metabolome, NMR, inactivity, interplanetary travel, medicine, deconditioning, inflammation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Systemphysiologie (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Muskel- und Knochenstoffwechsel
Hinterlegt von: Arndt, Carina
Hinterlegt am:06 Jan 2021 14:20
Letzte Änderung:06 Jan 2021 14:20

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