Příjem bílkovin a snížení počtu kroků u starších dospělých (DRI)

S věkem související pokles hmoty kosterního svalstva, nazývaný sarkopenie, je spojen s řadou metabolických chorobných stavů, včetně, ale bez omezení, rakoviny, mrtvice, mikrovaskulárního onemocnění, diabetu 2. typu, Parkinsonovy a Alzheimerovy choroby. Navíc úbytek hmoty kosterního svalstva je také doprovázen ještě prudším snížením síly kosterního svalstva, známou jako dynapenie, což je predispozice k invaliditě a pádům.

Sarkopenie začíná v 5. dekádě života a pokračuje, alespoň na základě odhadů odvozených od populace, ztrátou ~0,8 % ročně, přičemž ztráty síly jsou větší a proměnlivější o 2–5 % rok po 50. roce života. Tyto míry ztráty svalů a síly však nejsou lineární. Neustálý pokles ztráty svalové hmoty je spíše přerušován krátkodobými obdobími svalové nečinnosti, která urychlují ztrátu síly a svalové hmoty a ze kterých se starší lidé ve srovnání s mladšími obtížně zotavují. Ukázalo se, že tato akutní období svalové nečinnosti vedou k přechodnému zrychlenému poklesu síly a hmoty kosterního svalstva, což účinně urychluje sarkopenii. Tyto epizody svalové nečinnosti se projevují za různých okolností, jako je hospitalizace vyžadující krátkodobý klid na lůžku, imobilizace končetin v důsledku zlomeniny nebo chirurgického zákroku a období nečinné rekonvalescence po nemocech. Například chřipka je druhou nejčastější příčinou krátkodobé hospitalizace u osob ve věku 65 let s průměrnou dobou hospitalizace 3–4 dny, během níž dochází k výraznému narušení svalů. Kromě toho po mnoha operacích u starších osob (např. cholecystektomie) následuje pobyt v nemocnici v průměru 3 dny s dobou zotavení 6-9 dní nebo v průměru ~ 10 dní rekonvalescence a minimální aktivity před návratem k normální aktivitě. Vzhledem k tomu, že fyzická síla je prediktorem úmrtnosti ze všech příčin, strategie, které zabraňují poklesu síly kosterního svalstva a funkční hmoty po obdobích nečinnosti u starších osob nebo které zlepšují jejich zotavení, jsou kritické.

Údaje z naší laboratoře a dalších ukázaly, že snížená chůze (tj. snížení denních kroků), model pozoruhodně běžného, ​​ale zdánlivě benigního stavu svalového nepoužívání, vede k významné ztrátě kosterního svalstva u mladých i starších jedinců. Vyšetřovatelé navrhují, že období nepoužívání vyvolané skokovým snížením poskytuje vynikající model pro studium dynapenie a atrofie vyvolané nepoužíváním. U starších osob bylo prokázáno, že po 2 týdnech snížené aktivity došlo ke snížení netukové hmoty nohou o 3,9 % a zvýšení tukové tkáně trupu o 7,3 %. Je zajímavé, že jiní prokázali, že starší jedinci ztrácejí stejné množství svalů při pouhých 10 dnech odpočinku na lůžku ve srovnání se ztrátou svalů při 28 dnech odpočinku u mladých lidí. Během stejných 10 dnů dochází k šokující ztrátě síly, výkonu a aerobní kapacity dolních končetin a ke snížení fyzické aktivity. Tyto údaje ukazují, jak jsou starší lidé náchylní i na krátkodobá období nepoužívání. Odlišné výsledky pozorovali Suetta et al, kteří v reakci na 14d odlití nohy zaznamenali 8,9% a 5,2% pokles objemu m. quadriceps femoris u mladých (n=9) a starých mužů (n=9). . Co je však třeba ocenit, je to, že starší jedinci měli o 11 % nižší svalový objem před imobilizací (tj. sarkopenie), takže ztráta svalové hmoty může mít pro starší subjekty ještě horší důsledky. Ještě důležitější je, že starší muži vykázali zotavení pouze 63 % své svalové hmoty a ~78 % své síly po 4 týdnech intenzivního silového tréninku (což není standardní rehabilitace), oproti úplnému zotavení u mladých mužů. Vyšetřovatelé mají také předběžné údaje, které ukazují, že 2týdenní kroková redukce vede k významnému poklesu síly kosterního svalstva u starších mužů.

Jednou z potenciálních strategií ke zmírnění svalové atrofie způsobené nečinností, ke které dochází během fyzické nečinnosti, by bylo zvýšení příjmu bílkovin ve stravě. Některé studie skutečně ukazují, že vysoké dávky požití aminokyselin zpomalují rychlost atrofie z nečinnosti během odpočinku na lůžku. Nedávno však Dirks et al uvedli, že zvýšení příjmu bílkovin z 1,1 g/kg/den na 1,6 g/kg/den při použití doplňku 20 g bílkovin dvakrát denně nemělo žádný vliv na atrofii kosterního svalstva během 5 dnů imobilizace. pomocí sádry celé nohy. Nedostatek shody mezi studiemi byl zdůrazněn jako související s rozdíly v příjmu bílkovin mezi kontrolními skupinami. Ve studiích, které prokázaly útlum úbytku svalové hmoty během odpočinku na lůžku, konzumovaly kontrolní skupiny bílkoviny v míře ne vyšší než 0,8 g/kg/den, zatímco ve druhé studii účastníci v kontrolní skupině konzumovali 1,1 g/kg. /d a také se předpokládá, že dávka bílkovin použitá Dirksem et al byla suboptimální, protože naše práce ukazuje, že vyšší dávky bílkovin syrovátkové bílkoviny potřebují starší muži k optimální stimulaci syntézy bílkovin. Výzkumníci nedávno prokázali pomocí retrospektivní souhrnné analýzy rychlosti syntézy svalových bílkovin, že starší muži měli vyšší potřebu bílkovin na jídlo, aby optimálně stimulovali syntézu bílkovin. Důležité je, že tato práce také ukázala, že s dostatečně vysokou dávkou syrovátkového proteinu (~ 30 g) měli starší muži rychlost syntézy svalových proteinů neliší než u mladých mužů. I když se tedy uznává, že konzumace 30g doplňku dvakrát denně by podstatně zvýšila příjem bílkovin, tento příjem by stále byl v rámci přijatelného rozmezí distribuce makroživin a vhodný pro starší jedince, kteří jsou neaktivní a hypoenergetici. Kromě toho byla studie Dirkse a kol., pokud jde o stravu, provedena v prostředí „volného života“. Výzkumníci předpokládají, že během období hospitalizace a rekonvalescence starší jedinci často pociťují energetický deficit a jsou podvyživení, konkrétně s ohledem na příjem bílkovin. Studie se 102 nemocničními pacienty skutečně prokázala, že 21 % konzumovalo pouze 50 % svých denních energetických potřeb a tato podvýživa byla spojena s vyšším výskytem hospitalizace a úmrtností po propuštění v 90. letech. Podobná zjištění byla potvrzena dalšími zprávami, které také ukazují, že podvýživa je z velké části způsobena nedostatečným příjmem bílkovin. Tento poslední bod je vysoce relevantní pro naši aplikaci, protože během období energetického deficitu může být až 25 % ztráty tělesné hmoty způsobeno ztrátou netukové tělesné hmoty. Celkově tato data ukazují, že období svalové nečinnosti jsou u starších lidí často doprovázena obdobími energetického deficitu. Tato situace s vysokou pravděpodobností nastane například v zimním období v severních oblastech Kanady a USA, kdy starší dospělí, zejména ti, kteří žijí v domácnostech s jedním obyvatelem, mohou být vázaní domů, a tak drasticky snížit úroveň své aktivity a jsou méně aktivní. pravděpodobně chodit do maloobchodních prodejen.

Mechanistický základ věkem podmíněné ztráty hmoty a funkce kosterního svalstva Ztráty hmoty kosterního svalstva jsou podpořeny nerovnováhou mezi rychlostí syntézy svalových bílkovin (MPS) a odbouráváním svalových bílkovin (MPB). U zdravých lidí je známo, že změna rychlosti MPS v reakci na kontraktilní aktivitu a příjem bílkovin je primárním místem kontroly lidské svalové hmoty. V tomto ohledu vědci nedávno prokázali, že postprandiální MPS v reakci na požití proteinu je sníženo přibližně o ~20 % po 14denním skokovém snížení u starších mužů a žen, a toto snížení postprandiálního MPS – označované jako „anabolická rezistence“ – bylo spojeno s ~3,9% ztrátou beztukové hmoty nohou během 14d. Předpokládá se tedy, že snížená anabolická citlivost na požití proteinu je primárně zodpovědná za atrofii kosterního svalstva u lidí. Vzhledem k nastavení hospitalizace, krátkodobé energetické deficity také snižují postprandiální MPS u mladých lidí a výzkumníci mají předběžné údaje, které ukazují, že 14d řízené hypoenergetické diety také snižuje MPS přibližně o ~9 % u mužů a žen středního věku. Zdá se tedy, že jak snížená chůze, tak stav energetického omezení nezávisle (a možná synergicky) mají škodlivý dopad na MPS v reakci na požití bílkovin, což může vysvětlit rychlé a přerušované ztráty hmoty a síly kosterního svalstva, ke kterým může dojít s postupujícím věkem. . Naše laboratoř zveřejnila údaje, které ukazují, že zvýšená konzumace mléčných potravin a bílkovin během diety a úbytku hmotnosti vyvolaného cvičením vede k nárůstu netukové hmoty a současně podporuje úbytek tukové hmoty u žen s nadváhou a premenopauzou. Zatím není známo, jak zvýšení příjmu bílkovin na bázi mléčných výrobků během a při zotavování se z období kombinované snížené chůze a hypoenergetické stravy ovlivňuje svalový anabolismus u starších mužů a žen, zůstává neznámé. Dalším výrazným rysem metabolismu proteinů se stárnutím je, že ačkoli neexistují žádné zjevné rozdíly v obratu proteinů mezi mladými zdravými muži a ženami, starší ženy vykazují vyšší míru MPS v klidu oproti starším mužům (>70 let), ale jsou méně citlivé na anabolické účinky krmení bílkovinami a cvičení. Důsledkem tohoto jevu je, že starší ženy mohou být ve srovnání s muži vystaveny ještě většímu riziku atrofie z nečinnosti během období fyzické nečinnosti a suboptimálního příjmu bílkovin.

Mnohé z výše uvedených studií, které hodnotily akutní změny v míře MPS v reakci na příjem bílkovin, tak učinily infuzí značeného indikátoru aminokyselin a výpočtem začlenění tohoto indikátoru do kosterního svalu po dobu několika hodin (pro rozšířenou diskusi viz). I když tento přístup poskytuje důležité informace, zejména ve spojení s kvantitativními měřeními změn ve svalové hmotě, jako je MRI, hodnocení MPS měřeného indikátorem infuze je omezeno na ~5-6h. Novější vývoj analytických technik umožnil použití metodologie deuterované vody, která umožňuje hodnocení MPS s mnohem delšími obdobími inkorporace, tj. dny až týdny. Tato metoda byla skutečně nedávno ověřena a její použití se nyní stává zájmem mnoha výzkumníků. Schopnost kompetentně provádět toto měření však prokázalo jen několik laboratoří. Ve skutečnosti vyšetřovatelé nedávno provedli dvě studie využívající tuto metodologii a získané hodnoty MPS jsou zcela v souladu s publikovanými zprávami. Navrhuje se, že použití metodologie deuterované vody, která umožňuje měření MPS ve volném životě a zahrnuje všechna dietní a aktivní opatření, by bylo podstatným pokrokem při určování mechanismů podporujících ztrátu svalových proteinů zprostředkovanou nepoužíváním. Vyšetřovatelé se tedy snaží stavět na těchto zjištěních pomocí metodologie deuterované vody ke studiu toho, jak zvýšení příjmu bílkovin ve stravě během období kombinované snížené chůze a energetického deficitu a při zotavování se z tohoto období, ovlivňuje dlouhodobou míru MPS u starších mužů. a ženy.

Molekulární mechanismy, které podporují MPS v reakci na stimulaci, jsou složité, multifaktoriální a zůstávají do značné míry neznámé. Je však známo, že proteiny obsažené v signální ose Akt-mTORC1-p70S6K1 se jeví jako klíčové. Ve studii provedené výzkumníky zahrnující redukované kroky prokázala snížení fosforylace Akt a také ~12% snížení citlivosti na inzulín. Vyšetřovatelé tedy navrhují prozkoumat, jak se během našeho zásahu mění obsah proteinů obsažených v signální ose Akt-mTORC1-p70S6K1. Vyšetřovatelé budou také zkoumat změny v poměru DNA-protein (ukazatel velikosti buněk) a také mRNA expresi myogeninu, MAFBx a MuRF1, z nichž některé se mění v reakci na období nečinnosti atrofie, za použití PCR v reálném čase. Naše molekulární analýza ve spojení s použitím metodologie deuterované vody a modelem reálného světa atrofie z nepoužívání a negativní energetické bilance tedy poskytuje klinický přístup založený na mechanismu ke studiu dopadu zvýšeného příjmu bílkovin na myopenii související s věkem a dynapenie.

Výzkumníci již dříve prokázali, že 14d redukovaných kroků indukuje snížení postprandiálního MPS přibližně o ~20 % po starších mužích a ženách a toto snížení postprandiálního MPS bylo spojeno s ~3,9% ztrátou beztukové hmoty nohou. Bylo prokázáno, že zvýšená konzumace mléčných potravin a bílkovin během diety a hubnutí vyvolaného cvičením vede k nárůstu netukové hmoty a současně podporuje úbytek tukové hmoty u žen s nadváhou a premenopauzou. Na základě těchto zjištění vědci nedávno vytvořili pilotní data, která ukazují, že 14d snížení kroku vede k významnému poklesu svalové síly. Kromě toho prokázala ~18% snížení postprandiálního MPS v reakci na 3 samostatné 25g porce syrovátkového proteinu během 11 hodin po 14 dnech mírného energetického omezení (-300 kcal) u zdravých starších mužů (~65 let). Kromě toho mají výzkumníci předběžná data, která ukazují, že 14 d hypoenergetické diety (-750 kcal/d) vyvolává významný pokles postprandiálního MPS o 9 % u obézních mužů a žen s nadváhou ve věku 35-65 let. Konečně, vyšetřovatelé právě úspěšně dokončili složitou lidskou zkoušku na starších mužích (65-75 let), kteří dokončili jediný útok na odpor; intervalové cvičení s vysokou intenzitou nebo tradiční aerobní cvičení s nízkou intenzitou, které využívalo metodologii indikátoru D2O k přímému hodnocení MPS během 24h a 48h. Tyto hodnoty MPS jsou zcela v souladu s dříve publikovanými údaji.