长时间头低位卧床休息（HDT）会诱导代谢和神经肌肉功能减退。本研究探讨了在为期60天的卧床休息期间，仰卧位自行车运动（单独或结合人工重力（AG））是否能维持静息代谢率（RMR），以及RMR的反应是否与整体的、多变量的生理适应相一致。研究人员将24名健康男性随机分配到对照组（C）、自行车运动组（EX）或自行车运动加AG组（EX-AG）。在卧床休息前后，对所有参与者进行了RMR、底物氧化、身体成分（双能X射线吸收测定法（DXA）/磁共振成像（MRI））、肌肉功能和最大自行车功率的评估。线性混合模型评估了组别与时间的交互效应。主成分分析（PCA）和稀疏偏最小二乘（sPLS）回归分析用于检验与ΔRMR相关的多变量关联。结果显示，不同组别的RMR反应存在差异（交互作用P = 0.029），EX-AG组阻止了对照组中观察到的下降（EX-AG组 vs. C组 ΔΔ = +133 kcal day-1, P = 0.017）。EX-AG组的脂肪氧化保持稳定，而对照组和EX组则有所下降。两种干预措施均减弱了下肢去脂体重（FFM）的损失，其中EX-AG组的保留效果更显著，但各组之间的神经肌肉功能下降程度相似。最大自行车功率表现出显著的组别-时间交互作用（P < 0.001），在对照组中下降，在EX组中维持，在EX-AG组中增加。PCA揭示了两个主要维度：PC1（解释25.9%的方差）反映了去脂组织的保留，而PC2（解释17.9%的方差）则捕捉了腹部脂肪的增加。EX-AG组的参与者聚集在较高的PC1值附近，表明组织保留较好。sPLS模型（相关系数r = 0.72）发现呼吸商（RQ）的变化（ΔRQ）是主要的贡献者。运动结合AG能够维持静息代谢，但无法防止神经肌肉功能下降。多变量分析表明，在卸载状态下，底物利用和代谢活跃的瘦体组织的保留是RMR得以维持的基础。
长时间卧床休息，特别是采用模拟微重力效应的头低位倾斜（HDT）方法，是研究微重力生理影响的一个成熟的地面模型。这种状态会引发一系列适应性变化，包括肌肉萎缩、力量下降以及静息代谢率（RMR）降低，反映了与废用相关的整体代谢需求下降。骨骼肌系统约占每日总能量消耗的20–25%，在卧床休息期间尤其脆弱，表现出肌肉质量和功能的显著减退。去脂体重（FFM）的损失解释了RMR降低的部分原因。然而，有报道称，卧床休息期间代谢率的下降幅度超过了仅从FFM损失所能预期的程度，这提示在身体成分变化调整后仍存在额外的代谢抑制，可能反映了组织代谢活性或神经内分泌调节的改变。
这种适应性的节能反应在热量限制和低动（低活动量）状态下也能观察到，这使得在不活动期间及之后维持能量平衡变得复杂。重要的是，卧床休息期间RMR的调节不仅受FFM数量变化的影响，还受骨骼肌和其他组织（包括肌肉脂肪浸润、底物利用和激素调节）质量变化的影响。
鉴于长时间卧床休息引起的明显生理功能减退，已经开发了广泛的对策（即旨在限制卧床休息期间生理功能减退的结构化干预措施），以减轻肌肉萎缩、心肺适能下降和代谢失调。例如，在一项为期21天的卧床休息研究中，一项抗阻-振动运动方案将RMR的减少幅度减轻了约40%，同时瘦体重的保留仍不完全。
尽管运动仍然是最完善的对策，但它并不能完全防止卸载引起的代谢和肌肉骨骼系统功能减退。因此，通过短臂离心机产生的人工重力（AG）被认为是一种有前景的运动辅助手段，旨在提供机械负荷和心血管刺激。最近的研究发现，尽管单独自行车运动或与AG结合能适度保留下肢FFM，但仍会出现肌肉萎缩和肌内脂肪浸润增加的情况。这表明自行车运动和AG在卸载条件下只能部分保护骨骼肌形态。尽管近期取得了一些进展，但阐明AG和运动同时进行是否能在长时间卧床休息期间同时保持身体成分和代谢功能，以及这些效果是否反映肌肉结构适应，仍是尚未解决的关键问题。
本研究旨在探讨长时间卧床休息（在有和无自行车运动及AG对策的情况下）对RMR的影响，及其与身体成分（特别是肌肉质量）和肌肉功能变化的关联。研究人员假设，即使对策诱导的瘦体重部分得以保留，长时间卧床休息后RMR仍会下降，这表明代谢适应超出了身体成分变化的范围。
主要研究方法包括：参与者为24名健康男性，他们在法国图卢兹的MEDES太空诊所参与了“卧床休息、人工重力和自行车运动（BRACE）”项目，该项目由欧洲航天局（ESA）和法国航天局（CNES）联合支持。研究分为三个阶段：14天基线数据收集期、60天-6°头低位卧床休息（HDT）期（有或无对策），以及14天卧床休息后恢复期。对策干预使用仰卧位功率自行车，EX组每周进行6次、每次30分钟的标准化间歇训练；EX-AG组在相同训练期间同时暴露于由短臂离心机产生的个性化AG方案。身体成分通过DXA（在多个时间点）和MRI（在HDT前后）进行评估。RMR和底物氧化通过间接热量测定法测量。肌肉功能通过等速动力学测试（膝关节和踝关节的等长最大自主收缩（MVC））和反向跳跃（CMJ）测试进行评估。数据分析采用线性混合模型（LMMs）进行，以组别、时间和组别-时间交互作用为固定效应，并纳入受试者特异性随机截距。此外，还使用了PCA和sPLS回归进行多变量分析。
研究结果显示，在长时间卧床休息后，各组的静息生命体征总体稳定，但对照组的舒张压（DBP）显著升高，而两种运动对策均减轻了这种升高。在身体成分方面，两种运动对策均减弱了下肢和总体FFM的损失，其中EX-AG组的保留效果最为显著。关于RMR，对照组显著下降，EX组下降幅度减小，而EX-AG组基本维持了卧床休息前的水平，且这种差异在调整FFM后依然存在。底物利用方面，对照组和EX组在卧床休息期间脂肪氧化下降、碳水化合物利用增加，而EX-AG组则保持了稳定的脂肪氧化和呼吸商（RQ）。然而，两种运动对策均未能防止等长力量和爆发性跳跃表现的显著下降，各组下降幅度相似。值得注意的是，最大自行车功率表现出差异化的反应，在对照组中下降，在EX组中维持，在EX-AG组中增加。
研究人员通过建立RMR与FFM的关系模型发现，虽然FFM仍是RMR的关键决定因素，但长时间卧床休息降低了RMR的幅度，这部分无法仅由瘦组织损失解释，而AG与运动的结合减轻了这种影响。多变量PCA分析揭示了两个主要生理适应轴：PC1（肌肉骨骼保留轴）与FFM保留正相关，PC2（脂肪轴）与中心性脂肪增加正相关。sPLS模型进一步识别出，ΔRQ（RQ的变化）是与ΔRMR（RMR的变化）关联最强的变量，表明更依赖脂肪氧化与更好的RMR保留相关。此外，FFM指标、有氧能力和膝关节屈曲肌力也与RMR保留相关。
论文的讨论部分总结指出，本研究为长时间HDT卧床休息的代谢和功能后果，以及基于运动的对策的部分有效性提供了新的见解。自行车运动结合AG似乎能维持RMR，而任何一种干预都未能防止最大自主收缩力或跳跃表现的下降。这些结果表明，卧床休息引起的代谢和神经肌肉适应可能部分是分离的，AG主要维持基础代谢调节，但未能维持骨骼肌收缩功能。与早期的研究不同，本研究发现对照组的静息血压（尤其是DBP）升高，而运动对策有效地减弱了这一反应。EX-AG组RMR的保留，尤其是在调整FFM后仍然存在的代谢保留，不能仅由结构组织保留来解释。底物利用模式的差异（EX-AG组维持了较高的脂肪氧化）可能是一个关键机制，因为AG条件下的运动可能带来更大的心血管和机械需求，从而影响了营养状态和代谢灵活性。相比之下，两种运动对策在保护等长力量和爆发性功能方面均告失败，这表明完整的肌肉骨骼保护可能需要针对性的高负荷抗阻训练元素。然而，自行车运动能够以模式特异性的方式维持最大功率输出，这对于维持耐力能力具有重要意义。
研究结论指出，本研究结果表明，当与有氧运动结合时，AG可能有助于在长时间卧床休息期间维持代谢稳定性，但其对神经肌肉完整性的影响仍然有限。这种部分有效性强化了以下观点：不同的生理系统对（模拟）微重力及其缓解对策的反应是不同的。除了与太空飞行的相关性之外，这种代谢与机械适应之间的分离为理解其他严重不活动情况（如制动或衰老）下的能量消耗和肌肉功能调节提供了有价值的见解。因此，未来的调查应优先考虑整合重力、代谢和神经肌肉刺激的综合对策模型，以实现对微重力引起的多方面功能减退的更全面保护。
