Opětovný růst svalů během fyzické rehabilitace a suplementace aminokyselin

Cílem tohoto translačního výzkumného projektu je identifikovat klíčové mechanismy, které se podílejí na regulaci ztráty a opětovného růstu kosterního svalstva po totální endoprotéze kolenního kloubu (TKA). Totální endoprotéza kolenního kloubu vyvolává výrazné úbytky svalové hmoty a síly, což je přímo zodpovědné za sníženou funkci, konkrétně funkční nezávislost. Takový pokles svalové síly a objemu a každodenních aktivit (vstávání ze židle, chození do schodů a chůze) může přetrvávat až 2 roky.

Atrofie je přímým důsledkem nerovnováhy mezi syntézou svalových bílkovin a jejich rozpadem. Existují však dva zcela odlišné mechanismy vedoucí ke ztrátě svalové hmoty: zrychlené odbourávání bílkovin (např. popáleninové poranění), především v důsledku stresové reakce nebo snížené syntézy proteinů (např. imobilizace). V případě silného stresu se syntéza svalových bílkovin ve skutečnosti zvyšuje, i když ne dostatečně, aby bránila ztrátě svalové hmoty, a anabolické stimuly, jako je výživa, nemohou působit proti svalové atrofii. Na druhou stranu, snížená syntéza proteinů z nečinnosti může být stimulována výživou a cvičením, čímž se atrofie sníží nebo se jí zabrání. V současné době nevíme, který stav převládá po TKA: chirurgický stresem vyvolaný katabolismus nebo pokles syntézy spojený s imobilitou. Není známo, která signální dráha převažuje po TKA; stresem vyvolaný katabolismus nebo pokles syntézy spojený s imobilitou. Naším cílem je určit, který model (stres nebo nečinnost) odpovídá za akutní a rychlou ztrátu svalů po TKA, abychom mohli lépe zaměřit rehabilitační úsilí.

Naše obecná hypotéza je, že atrofie kvadricepsu po operaci TKA je primárně způsobena nečinností, které lze čelit fyzikální terapií (PT) a suplementací esenciálních aminokyselin (EAA). Naším cílem je popsat základní mechanismy, které jsou základem ztráty svalové hmoty pomocí TKA, a na základě těchto nových informací nalézt nové rehabilitační strategie k urychlení obnovy normální funkce z TKA.

Naším plánem je tedy testovat u starších dospělých následující konkrétní hypotézu:

1. TKA indukuje akutní a závažný čistý proteinový katabolismus snížením syntézy svalových proteinů
2. Katabolismus vyvolaný TKA je zmírněn požitím EAA
3. Suplementace EAA po PT bude stimulovat syntézu svalových proteinů a signalizaci mTOR ve větší míře než PT s placebem
4. Suplementace EAA během rehabilitace TKA PT zlepší svalovou sílu, svalový objem a funkční výsledky ve větší míře než PT s placebem

Abychom ověřili naši konkrétní hypotézu, zaměříme se na následující konkrétní cíle:

1. Zjistit, zda operace TKA snižuje syntézu svalových proteinů a/nebo zvyšuje rozpad svalových proteinů
2. Zjistit, zda je syntéza svalových proteinů akutně zvýšena po požití EAA po operaci TKA
3. Zjistit, zda syntéza svalových proteinů a signalizace mTOR budou stimulovány PT rehabilitací a posíleny suplementací EAA
4. Zjistit, zda suplementace EAA během TKA tradiční PT po dobu 6 týdnů zlepšuje svalovou sílu, svalový objem a funkční výsledky Tato aplikace poskytne předběžná data pro předložení grantu R01 k dalšímu určení mechanismů vedoucích k úspěšnému návratu síly a funkce čtyřhlavého svalu po TKA. Esenciální aminokyseliny jsou levné, dobře tolerované a snadno stravitelné a bylo prokázáno, že nezávisle stimulují syntézu svalových bílkovin a složky anabolické signální dráhy mTOR. Můj cíl zvýšit svalovou sílu a funkční mobilitu je specificky nastíněn v Národním centru pro výzkum lékařské rehabilitace sedmi prioritních oblastech a je v souladu s plánem a prioritami NIH a pomůže nám porozumět metabolismu svalových bílkovin během rehabilitace pomocí fyzikální terapie. Přijetím mechanismu řízeného, ​​translačního výzkumného designu, který spojuje změny v buněčné signalizaci s funkčními výsledky měření (buňka → systém → funkce), zachytíme klíčové fyziologické události odpovědné za regulaci svalové hmoty a funkce po TKA.