Precizní vysoce intenzivní trénink prostřednictvím epigenetiky (PHITE) (PHITE)

Přehled:

Americká armáda spoléhá na fyzický výcvik, aby zvýšila a udržela připravenost ozbrojených sil. V této studii předpokládáme, že epigenetická modifikace je primárním mechanismem, kterým specifické předpisy pro trénink fyzického cvičení převádějí genotyp bojovníka do fenotypu boje. Náš cíl s tímto programem je trojnásobný. Budeme (1) identifikovat tréninkové metodiky, které modifikují epigenetické reakce; (2) charakterizovat epigenetickou regulaci fyziologických procesů, drah a mechanismů spojených se střední a vysokou intenzitou fyzického tréninku a (3) vytvářet v reálném čase biomarkery kardiorespiračního a neuromuskulárního výkonu, které predikují výsledky fyzického tréninku. Tyto cíle naplníme prostřednictvím následujících šesti výzkumných projektů:

I. Fenotypizace zátěže dávka-odpověď

1. Určete vliv intenzity cvičení na neuromuskulární a kardiorespirační výkon
2. Posuďte dopad výchozího, předtréninkového fenotypu na akutní schopnost reagovat a adaptabilitu na různé intenzity cvičení
3. Určete vliv intenzity cvičení na mechanismy regulující metabolismus svalových bílkovin, hypertrofii svalových vláken a svalovou oxidační kapacitu

II. Genetické a epigenetické biomarkery výkonnosti v reálném čase

1. Identifikujte svalové miRNA, které jsou rozdílně exprimovány v reakci na různé intenzity cvičení
2. Identifikujte miRNA pocházející z cirkulujícího svalu, které jsou rozdílně exprimovány v reakci na různé intenzity cvičení
3. Genotypový individuální atletický potenciál pro optimalizaci biomarkerů

IV. Epigenomické znaky lidské výkonnosti

1. Identifikujte a korelujte cvičením vyvolané metylační změny v krvi a svalech
2. Funkčně spojte změny v signaturách genové exprese a fyziologických výsledcích
3. Definujte epigenetické signatury indukované jadernými receptory v metabolicky aktivních tkáních

V. Cvičením indukované modifikace histonů a remodelace chromatinu

1. Modifikace histonu profilu a podpisy použití podjednotky histonu
2. Posuďte chromatin jako platformu pro integraci signálu pro dlouhodobou stabilitu

VI. Integrativní epigenomika

1. Kategorizovat základní výkon a skupinové předměty
2. Charakterizujte epigenetické změny v reakci na různé intenzity cvičení
3. Vyvíjejte předpovědní modely z miRNA biomarkerů výkonu

4. Vyvinout epigenetické modely regulačních sítí pomocí sítí Deep Belief Networks

   UAB zapíše zdravé, netrénované muže a ženy, kteří se podobají americkému vojákovi. Účastní se tréninkového testu reakce na dávku, který trvá přibližně 12 týdnů.

   Existují 2 náhodně přidělené cvičební předpisy: MOD - 3 dny v týdnu na běžeckém pásu nebo stacionárním cyklickém ergometru v kombinaci se 2 dny v týdnu silového tréninku; HI - 3 dny v týdnu vysoce intenzivní intervalový trénink podobný vojenskému vysoce intenzivnímu taktickému tréninku v kombinaci s vysoce intenzivním odporovým tréninkem 2 dny v týdnu.

   Fyzická výkonnost se hodnotí před tréninkem, uprostřed tréninku a po tréninku. Navíc se hodnotí složení těla před tréninkem a po tréninku. Svalové biopsie a odběry krve se provádějí před tréninkem a po tréninku v období akutní zátěžové odezvy a vzorky se zasílají do dalších studijních míst pro specifická hodnocení.

   Nábor:

   Účastníci jsou náborováni prostřednictvím inzerátů schválených IRB.

   Informovaný souhlas:

   Jakmile je jedinec identifikován; splňuje kritéria pro zařazení/vyloučení (předběžná kontrola); a vyjádří zájem o studii, člen výzkumného týmu poskytne jednotlivci formulář souhlasu ke kontrole. Člen týmu následuje jednotlivce, aby dále vysvětlil studii a poskytl potenciálnímu účastníkovi příležitost položit jakékoli otázky. Pokud se osoba rozhodne zúčastnit, je naplánována na první návštěvu. Před udělením písemného informovaného souhlasu je vyzván, aby položil jakékoli další otázky.

   Postupy účastníků:

   Cvičební režim MOD – 3 dny v týdnu vytrvalostní cvičení se 70% rezervou tepové frekvence po dobu 30 minut na stacionárním cyklu nebo běžeckém pásu v kombinaci s odporovým cvičením ve 2 ze 3 dnů. Předpis odporového tréninku zahrnuje 3 série x 10-14 opakování pro každý pohyb, s 1 minutou odpočinku mezi sériemi. Pohyby zahrnují leg press nebo dřep, extenze kolen, tlak na hrudník, tlak nad hlavou, řada vsedě, stahování širokým úchopem dolů, břišní kliky, zvednutí paty, tlak na triceps, bicepsové lokny. Odporová zátěž postupuje, když je dosaženo 14 opakování pro 2 ze 3 sérií. Srdeční frekvence je sledována během každého sezení.

   HI cvičební režim – 3 dny v týdnu intervalového cvičení maximální intenzity v kombinaci s odporovým cvičením ve 2 ze 3 dnů. Namísto středně intenzivního vytrvalostního cvičení účastníci této skupiny provádějí 10 vysoce intenzivních intervalů (30 sekund práce, 30 sekund odpočinek) včetně skoků na box, burpees, split squat jumps, kotlových bell swingů, cyklistického sprintu, bojových lan, wall ballu. , poklesy atd. Předpis odporového tréninku zahrnuje 3 sady x 8-10 opakování pro stejné pohyby jako MOD, ale se supersériemi dvou pohybů. Odporová zátěž postupuje, když je dosaženo 10 opakování pro 2 ze 3 sad. Přestávky mezi supersety jsou 30-45 sekund. Srdeční frekvence je sledována během každého sezení.

   DXA Scan – Postup duální energetické rentgenové absorptiometrie (DXA) pro stanovení tělesného složení (svaly, tuk, kosti) zahrnuje malou expozici rentgenovému záření. DXA se bude provádět v týdnech 0 a 12. Efektivní dávka je srovnatelná se 4 hodinami slunečního záření

   Těhotenský test z moči – Všechny ženy, které měly alespoň jeden menstruační cyklus, mají při počátečním vyšetření a před každým vyšetřením DEXA proveden těhotenský test z moči. Všem ženám, které měly alespoň jeden menstruační cyklus, jsou položeny otázky týkající se jejich menstruačního cyklu. Vzhledem k tomu, že hladiny hormonů mohou mít významný dopad na analýzu biovzorku, bude akutní cvičení s odběry svalů a krve po období intervence načasováno tak, aby proběhlo ve stejné fázi menstruačního cyklu jako předtréninkové cvičení akutní reakce.

   Odběr vzorků svalů – Perkutánní biopsií jehlového svalu z vastus lateralis se odebere celkem 7 vzorků svalů pomocí zavedených postupů:

   3 shromážděné před a po prvním cvičebním záchvatu akutní reakce v předtréninkovém stavu (před cvičením, 3 h po cvičení, 24 h po cvičení); 3 shromážděné před a po cvičebním záchvatu akutní reakce v potréninkovém stavu (před cvičením, 3 h po cvičení, 24 h po cvičení);

   1 odebraný při následné návštěvě 4 týdny po ukončení období intervence.

   Odběr vzorků krve – celkem 9 vzorků krve je odebráno venepunkcí za použití zavedených postupů:

   4 shromážděné před a po prvním cvičebním záchvatu akutní reakce v předtréninkovém stavu (před cvičením, 15 min po cvičení, 3 h po cvičení, 24 h po cvičení); 3 shromážděné před a po cvičebním záchvatu akutní reakce v potréninkovém stavu (před cvičením, 15 min po cvičení, 3 h po cvičení, 24 h po cvičení);

   1 odebraný při následné návštěvě 4 týdny po ukončení období intervence.

   Hodnocení výkonu při cvičení – maximální síla 1 opakování (1RM) při pohybech horní a dolní části těla, špičková aerobní kapacita (VO2peak) na cykloergometru, Wingate test anaerobní síly, maximální svalová síla extenzorů kolena pomocí počítačem řízeného dynamometru a test vertikálního skoku se provádí před a po období zásahu. Některé výkonnostní testy se provádějí také uprostřed intervence (přibližně 6. týden).

   Dietní příjem - Dietní příjem bude monitorován pomocí validovaného 24hodinového vyvolání v týdnech 0 a 12.

   Zajištění kvality:

   Cvičení: Subjekty budou pečlivě poučeny o správných metodách a jsou průběžně sledovány. Všechna cvičení jsou prováděna pod plným dohledem zkušených certifikovaných pracovníků [Certified Strength and Conditioning Specialist (National Strength and Conditioning Association) a/nebo Certified Exercise Specialist (American College of Sports Medicine)].

   Odběr biovzorků: Všechny svalové biopsie a odběry krve provádějí vyškolení, profesionální klinickí a výzkumní pracovníci, kteří mají zkušenosti a mají místní certifikaci.

   DXA skeny: Všechny DXA skeny provádějí vyškolení technici v UAB.

   Genetické testování: Genetické testování vzorků bude spojeno s jedinečným ID účastníka, které účastníka žádným způsobem neidentifikuje. Spojení s osobními zdravotními informacemi jsou zabezpečena na klinickém pracovišti (UAB).

   Výzkum bude prováděn dobře vyškoleným a zkušeným personálem, který bude před prací na této studii identifikován IRB.

   PI bude v konečném důsledku zodpovědná za sledování údajů a bezpečnosti: (i) Udržování všech dokumentů studie aktualizováno a dostupné pro kontrolu ze strany zadavatele, UAB IRB a dalších oprávněných hodnotitelů; (ii) zajištění toho, aby byly dodržovány vhodné mechanismy na ochranu bezpečnosti účastníků studie; (iii) Zajištění dodržování požadavků protokolu; a (iv) Zajištění, že data jsou přesná, úplná a bezpečná. Všechny dokumenty týkající se provádění studie budou vedeny v evidenci.

   I když tato zkouška nesplňuje požadavky na Výbor pro monitorování dat a bezpečnosti, budeme se řídit proaktivním plánem monitorování dat a bezpečnosti, jak je popsáno níže.

   1. Týdenní revize na schůzích vyšetřovatelů/zaměstnaneckých týmů poznámek o průběhu náboru, aktualizací/zpráv z cvičebního zařízení, laboratoří a zaměstnanců správy dat a nově dostupných údajů.
   2. Čtvrtletní přehled PI týkající se bezpečnosti a prozatímní analýzy dat.
   3. Roční přezkum prováděný UAB IRB.
   4. Pololetní přezkum bezpečnosti pacientů ze strany studijního týmu.

   Všechny nezávažné AE budou zdokumentovány a souhrn bude doručen IRB UAB v předem stanovených intervalech (alespoň jednou ročně). Jakékoli SAE budou nahlášeny UAB IRB do 3 dnů od jejich zjištění. Souhrnné zprávy o AE/SAE budou doručeny zadavateli, jak je požadováno. Pokud se vyskytne AE (závažná nebo nezávažná), PI bude okamžitě informován. V závislosti na události může sledování vyžadovat další testy nebo lékařské postupy, jak je uvedeno, a/nebo doporučení ke specialistovi. Taková rozhodnutí učiní studijní lékaři. V závislosti na typu AE/SAE se mohou PI rozhodnout přerušit subjekt ze studie. PI budou v konečném důsledku zodpovědní za hodnocení každého AE z hlediska vztahu k protokolu, závažnosti a očekávanosti, jakéhokoli dopadu na poměr rizika a přínosu a zda jsou nutné úpravy dokumentu s informovaným souhlasem a/nebo protokolu. PI budou mít také odpovědnost za rozhodnutí, zda musí být protokol pozastaven, dokud nebudou provedeny uspokojivé úpravy; konečnou pravomoc však v takových případech bude spočívat na UAB IRB.