人工重力干预对60天卧床休息者腰椎骨髓脂肪组织积累和骨密度流失的保护作用研究

针对长期卧床导致的骨髓脂肪组织(BMAT)积累和骨密度(BMD)下降问题，研究人员通过随机对照试验，探究了连续(cAG)与间歇(iAG)人工重力(2g)干预对24名健康受试者60天头低位卧床(HDT)的影响。结果显示，两种AG方案均能显著抑制BMAT增加，其中iAG还能维持骨密度稳定。该研究为微重力环境及临床制动患者提供了新型力学防护策略。

　　

研究背景

骨骼系统对力学刺激高度敏感，长期制动会导致骨髓脂肪组织(bone marrow adipose tissue, BMAT)异常积累和骨密度(bone mineral density, BMD)下降。这种现象在宇航员微重力暴露、临床长期卧床患者中尤为突出。既往研究表明，60天头低位卧床(head-down tilt bed rest, HDT)可使腰椎BMAT增加3.3%，且传统营养或药物干预效果有限。人工重力(artificial gravity, AG)作为模拟力学负荷的创新手段，其保护效应尚未在骨髓-骨代谢领域得到系统验证。

研究方法

德国航空航天中心开展随机对照试验，24名健康受试者(男女比2:1)完成60天HDT，分为对照组、连续AG组(cAG, 30分钟/天)和间歇AG组(iAG, 6×5分钟/天)。通过3T磁共振(PD/Dixon/MRS序列)定量BMAT，双能X线吸收仪(DXA)检测腰椎BMD，在卧床前、中、后多个时间点采集数据。

研究结果

1. 1.

   AG对BMAT的调控：

   卧床60天后，对照组BMAT显著增加3.93%，而cAG(-1.21%)和iAG(0%)组维持稳定。男性对照组BMAT升高5.81%，显著高于cAG(-1.35%)和iAG(1.23%)组。

2. 2.

   性别差异：

   基线期男性BMAT(45.81%)高于女性(40.17%)。再活动8天后，两组BMAT均下降，但女性降幅(-4.14%)大于男性(-2.35%)。

3. 3.

   AG对BMD的保护：

   仅iAG组男性在卧床期维持BMD稳定(0.00 g/cm²)，而对照组(-0.028 g/cm²)和cAG组(-0.019 g/cm²)出现显著流失。

4. 4.

   BMAT-BMD负相关：

   所有MR技术(PD/Dixon/MRS)均显示BMAT变化与BMD呈显著负相关(R²=0.012-0.035)。

讨论与意义

该研究首次证实2g人工重力可通过机械力轴重建，有效抑制骨髓脂肪化并维持骨量。间歇性AG方案(iAG)展现出更优的骨保护效应，可能与力学刺激模式激活间充质干细胞(MSC)成骨分化有关。再活动期BMAT的快速减少提示骨髓能量代谢重编程可能参与调控。发表于《Journal of Bone and Mineral Research》的这项成果，为航天医学防护和临床制动综合征治疗提供了新思路。