Účinky akutního energetického deficitu a aerobního cvičení na kvalitu svalů

Odůvodnění výzkumu:

Strategie hubnutí, které využívají pouze energetické omezení, mohou vést ke zhoršení svalové hmoty, což může také dále zhoršit zdraví jedinců s metabolickými poruchami, jako jsou diabetici 2. typu. Hmota a funkce kosterního svalstva jsou klíčem k udržení zdravého metabolismu a kvality života po celý život. Kombinace cvičení a omezení kalorií je silným zásahem pro snížení tělesné hmotnosti a zlepšení metabolismu a zdravotního stavu zdravých jedinců, jedinců s nadváhou a obezitou. Výzkumníci již dříve prokázali, že syntéza bílkovin kosterního svalstva je snížena omezením energie a že cvičení typu odporu může tento negativní účinek zvrátit. Cvičení aerobního typu má také schopnost stimulovat syntézu svalových bílkovin a zlepšit kvalitu svalů zvýšením mitochondriální syntézy bílkovin. Nicméně, jak energetický deficit překrytý aerobním cvičením moduluje kvalitu kosterního svalstva, není dobře popsáno. Kromě toho existující studie zkoumaly pouze smíšenou (nespecifickou) syntézu proteinů v různých intracelulárních kompartmentech, aniž by poskytly podrobnosti o tom, jak je regulována syntéza proteinů pro specifické proteiny.

Tento projekt poskytne nová data k odhalení mechanismů, které stojí za pozitivním účinkem omezení energie a doprovodného aerobního cvičení na kvalitu kosterního svalstva.

Samotné aerobní cvičení je dobře zavedenou intervencí ke zvýšení mitochondriální kapacity a funkce kosterního svalstva, ale účinek překrývajícího se energetického omezení při provádění aerobního cvičení na kosterní sval není dobře charakterizován. Nedávné poznatky u opic Rhesus, jejichž fyziologie reaguje velmi podobným způsobem jako u lidí, ukázaly, že celoživotní omezení kalorií má hluboký pozitivní vliv na kosterní svalstvo. Tato zjištění ukazují, že kalorická restrikce nejen udržuje kontraktilní obsah svalu, ale také zachraňuje věkem podmíněný pokles mitochondriálního obsahu a kapacity kosterního svalstva. Fyzická aktivita v této studii však nebyla kontrolována a zdálo se, že je vyšší ve skupině s kalorickým omezením, což představuje důležitý matoucí faktor. Výzkum na lidech, který se dosud zabýval podobnými otázkami, byl méně jasný. Výrazný úbytek hmotnosti samotným omezením energie (10 % celkové tělesné hmotnosti za ~7,5 týdne) u obézních žen vede ke snížení obsahu svalových mitochondrií. Naproti tomu použití mírnějšího omezení 25 % celkové energie samotné nebo v kombinaci s cvičením během 6 měsíců u jedinců s nadváhou ukázalo zvýšenou expresi genů kódujících mitochondriální proteiny v obou skupinách. Navzdory těmto slibným zjištěním, která naznačují, že hubnutí v kombinaci s cvičením zvýší metabolismus kosterního svalstva, nejsou v současné době k dispozici žádné silné údaje, které by poskytly podporu pro použití souběžného omezení energie a aerobního cvičení s hloubkovou analýzou jeho fyziologických a molekulárních účinků. u lidí.

Zde navrhovaná studie bude zahrnovat krátké období přísně kontrolovaného cvičení a dietního příjmu, aby se ukázalo, že energetický deficit při provádění aerobního cvičení má za následek další přínosy pro svalovou metabolickou adaptaci. Současný projekt staví na předchozích a nedávných výzkumných zjištěních výzkumníka a přímo řeší tuto otázku. Tento výzkum ukázal, že odporové cvičení během 30% denního energetického deficitu zachraňuje snížení smíšené (nespecifické) syntézy myofibrilárních proteinů pozorované u samotného energetického deficitu. Kromě toho výzkum výzkumníka ukázal, že aerobní cvičení up-reguluje specifické proteiny v mitochondriích kosterního svalstva u hlodavců; že profil lipidových kapiček kosterního svalstva odpovídá cvičení a výživě; že výživa moduluje buněčnou odpověď na aerobní cvičení, a co je důležité; že aerobní cvičení po krátkodobém (~14 hodinách) energetickém deficitu může up-regulovat markery mitochondriální biogeneze v kosterním svalstvu a zlepšit metabolickou kontrolu u lidí.

Cíle a hypotézy:

Primární výzkumná otázka spojená s touto studií zní: „Jaký je kombinovaný účinek energetického deficitu a aerobního cvičení na kvalitu svalů (rychlost syntézy individuálních, sarkoplazmatických a mitochondriálních proteinů) a intramuskulární lipidovou dynamiku během pětidenního období u zdravých jedinců? muži?“

Další cíle:

1. Identifikujte mechanismy, kterými může krátkodobý energetický deficit (dosažený současným energetickým omezením a cvičením) regulovat individuální obrat svalových bílkovin (syntézu, rozklad a nadbytek), dynamiku intramuskulárních lipidů, metabolity a obsah svalového glykogenu během hubnutí.
2. Poskytněte nové důkazy o schopnosti bramborové stravy jako účinného zdroje živin pro podporu pozitivních kosterních svalů a metabolických adaptací během hubnutí.

Studijní hypotéza:

Krátkodobá energetická restrikce se současným aerobním cvičením zvýší kvalitu a množství proteinů kosterního svalstva souvisejících s mitochondriální kapacitou, zlepší profil intracelulárních lipidových kapiček kosterního svalu a moduluje krevní markery metabolického zdraví ve srovnání s cvičením bez energetického deficitu.

Studijní metody:

Účastníci nejprve provedou test na charakterizaci (podrobnosti níže), po kterém bude následovat 5denní základní hodnocení (dny -5 až -1) a dvě po sobě jdoucí 5denní období kontrolovaného cvičení pro zvýšení oxidační kapacity (3 dny aerobního cvičení za období, 15 kcal/kg FFM/den výdej energie za běh) a energetický příjem (celkem 15 dní, s testovacím sezením 16. ráno). Dosáhnete tak stavů energetické bilance (EB; energetická dostupnost - EA - 45 kcal/kg beztukové hmoty (FFM)/den), nutných pro udržení hmotnosti (1. - 5. den), následně energetického deficitu (ED; EA 10 kcal/kg FFM/den), potřebné pro hubnutí ve dnech 6-10. Tento experimentální design, stejně jako příjem a výdej energie, kopíruje to, co vědci dříve použili k úspěšnému stanovení dalších fyziologických účinků ED na kosterní svalstvo. Pět dní EB a EA umožní přísnou kontrolu dietního příjmu a bude stačit k detekci změn v hlavních zkoumaných parametrech.

Testování charakterizace účastníka bude ~15 dní před začátkem základního hodnocení, aby se určilo dodržování kritérií pro zařazení, úrovně zdatnosti (maximální spotřeba kyslíku a práh laktátu [pomocí kapilárních vzorků z prstu]) a složení těla. Při základním hodnocení klidového svalu bude odebrána biopsie z vastus lateralis (quadriceps) před požitím stopovacího oxidu deuteria (D2O) během následujících 15 dnů, aby se umožnilo dynamické proteomické profilování kosterního svalu. Každému účastníkovi budou odebrány celkem 4 biopsie, což je v souladu s předchozím výzkumem výzkumníka. Základní hodnocení se používá pro obohacení D2O pro test dynamického proteomického profilování a zajištění pravidelné fyzické aktivity jedinců odpovídající požadavkům studie. Během každého 5denního experimentálního období byly provedeny svalové biopsie (dny -5, 1, 6 a 11), denní vzorky slin (nestimulované, odebrané doma) a pravidelné vzorky žilní krve (dny -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 a 11) budou shromážděny pro posouzení dynamického proteomického profilování, profilování lipidových kapiček specifických pro vláknový typ, glykogen kosterního svalstva a D2O a krví přenášené hormony a metabolity související se ztrátou hmotnosti. Klidová rychlost metabolismu (RMR; hodnoceno prostřednictvím nepřímé kalorimetrie) a hodnocení tělesného složení bude provedeno pomocí duálních rentgenových absorbčních skenů (DXA) ve dnech -5, 1, 6 a 11 zásahu. Bioelektrická impedanční analýza (BIA) bude také použita k posouzení tělesného složení při každé návštěvě laboratoře (dny -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 a 11).

Dietní zásahy a energetická bilance:

Dieta se bude řídit referenčním denním příjmem živin, aby bylo zajištěno ~60, 20 a 20 % energie ze sacharidů, tuků a bílkovin. V souladu s požadavky na financování bude procento celkové energie ze zdrojů na bázi brambor > 60 % během EB a > 65 % během ED. Brambory se budou vařit řadou různých způsobů, které nepřidávají významné množství energie, jako jsou vařené, mikrovlnné, pečené atd.

Manipulace s dostupností energie:

Energetická dostupnost (EA), která je definována jako příjem energie mínus energetický výdej ze cvičení – normalizovaná na hmotnost bez tuku – se používá jako klíčový parametr pro stanovení energetické bilance. Výzkumníci jsou první, kdo prokázal, že hodnoty pod 30 kcal/kg/FFM mohou modulovat reakce kosterního svalstva, což je v souladu s jiným výzkumem řady metabolických reakcí na EA. Na základě tohoto nedávného výzkumu, který používal 20 kcal/kg FFM/den po dobu ~14 hodin, bude současný zásah vyvolávat výraznější energetický deficit po delší dobu. Průměrný energetický příjem během 5 dnů pro průměrného účastníka s hmotností 85 kg (70 kg FFM) bude 3780 kcal/den pro EB a 1330 kcal/den ED. Tím se dosáhne přibližného kumulativního energetického deficitu 12250 kcal během 5denního období, což povede ke ztrátě přibližně ~1,5 kg tělesné hmoty z čisté tkáně, za předpokladu, že ke ztrátě 1 kg čisté tkáně je zapotřebí ~7450 kcal. Ztráta vody bude představovat další ~1 kg ztráty tělesné hmotnosti, což bude důsledkem snížení endogenních zásob sacharidů (glykogenu), na které se voda váže, a také kolísání vody v důsledku změn sodíku. Glykogen kosterního svalstva je také regulátorem svalových kvalitativních aspektů a bude také zkoumán.

Předměty. Normální populace umožní výzkumníkům určit fyziologické reakce na tento zásah. Deset mladých (18-40 let) zdravých, pravidelně cvičících mužů s procentem tělesného tuku ~18-26%.

Kvalitní:

Výzkumní pracovníci přidružení k této studii a přidružení k přezkoumání protokolu studie jsou všichni zaměstnanci (nebo doktorandi) v Liverpool John Moores University Research Institute for Sport & Exercise Sciences (RISES). V roce 2014 RISES (LJMU) předložil 34,75 FTE (ekvivalent na plný úvazek) na jednotku hodnocení 26 (UoA26) a dosáhl GPA (průměr bodů) 3,57. RISES se umístil na druhém místě v GPA v UoA a stal se vedoucím centrem pro kvalitu výzkumu sportu a cvičení ve Spojeném království (4* - 61 % všech aktivit je přední světový, 3* - 36 % všech aktivit mezinárodně vynikající standard). RISES odevzdal největší objem 4* výstupů (n=60) v UoA, měl 90 % dopadové aktivity ohodnocené 4* a 100 % životního prostředí 4*. Důležité je, že z 1 911 příspěvků ve všech 36 UoA's RISES se umístil na 11. místě v celém Spojeném království pro GPA dosažený na REF2014, čímž se RISES (LJMU) dostal mezi Oxford, UCL, LSE a Cambridge v ligových tabulkách pro tuto metriku.