Může doplňkový leucin kompenzovat svalovou atrofii způsobenou nečinností? (LEU-DIMA)

Je dobře známo, že hmota kosterního svalstva se zdravým stárnutím postupně klesá, což je fenomén běžně nazývaný sarkopenie. Přesčas to vede ke ztrátě funkční nezávislosti a poskytuje zvýšené riziko rozvoje komorbidity. Nedávné odhady naznačují, že 30 % lidí ve věku 75–84 let trpí sarkopenií. Vzhledem k tomu, že populace ve věku 85 a více let rychle roste, sarkopenie představuje značnou socioekonomickou zátěž pro zdravotnické služby. Z fyziologického hlediska je udržování svalové hmoty závislé na jemné rovnováze mezi syntézou svalových proteinů (MPS) a rychlostí rozpadu (MPB). Ve stáří je odpověď MPS na výživu narušena (nazývaná „anabolická rezistence“), což vede k chronickému katabolickému stavu svalů a nakonec k progresi sarkopenie.

Svalová anabolická rezistence související s věkem může pramenit z nahromadění období nečinnosti/nevyužívání, které jsou silně spojeny s úbytkem svalové hmoty (atrofií) u mladých i starých. Ve skutečnosti je související ztráta svalové hmoty nejrychlejší na začátku svalové nečinnosti, přičemž k výraznému poklesu svalové hmoty dochází již po 5 dnech nečinnosti. To je zvláště důležité, protože průměrná délka hospitalizace u starších jedinců je 5-6 dní. Svalová dekondice vyvolaná nečinností je připisována poklesu MPS v reakci na výživu a potenciálně zvýšenému MPB. Nahromadění těchto období nepoužívání během života může proto vést ke zrychlení trajektorie sarkopenie, která je běžně pozorována se stárnutím. V důsledku toho by se nutriční strategie k maximalizaci zdravého stárnutí muskuloskeletálního systému měly zaměřit na zmírnění svalové metabolické dysregulace během krátkodobého nepoužívání.

Jedním z přístupů, jak čelit zhoršování svalové hmoty během krátkodobého nepoužívání, je zvýšit konzumaci bílkovin ve stravě. Adekvátní příjem bílkovin je ve skutečnosti nutností, aby svaly zůstaly v pozitivní čisté rovnováze bílkovin, přičemž význam tohoto nutričního zásahu roste během období nepoužívání. Tento přístup však není vždy proveditelný, protože úrovně aktivity jsou během období nepoužívání omezenější a jednotlivci tak mají menší pravděpodobnost, že budou konzumovat adekvátní nutriční příjem. Schůdnějším přístupem může být zvýšení anabolické potence suboptimálních dávek proteinů prostřednictvím suplementace aminokyselinou, leucinem. Leucin je jedinečný ve své schopnosti zvýšit proteinovou rovnováhu více než jakákoli jiná aminokyselina prostřednictvím stimulace MPS a potlačení MPB. Leucin poskytuje silný antikatabolický účinek během imobilizace zadních končetin u potkanů, který musí být ještě zkoumán u lidí. Proto je jasné, že leucin představuje životaschopnou strategii pro vyrovnání dysregulace MPS a MPB a zachování muskuloskeletálního zdraví během krátkodobého nepoužívání u mladých i starých jedinců, a proto vyžaduje další zkoumání.

Účastníci:

K účasti ve studii bude vybráno 24 zdravých (neobézních, nediabetických, nekuřáků) mužů ve věku 18-35 let. Současná studie bude placebem kontrolovaná dvojitě zaslepená studie se dvěma intervenčními skupinami, ve kterých budou účastníci náhodně rozděleni do skupin, které budou dostávat doplňkový leucin (LEU; n=12) nebo placebo (PLA; n=12) během 7 dnů jednostranné imobilizace nohou. Účastníci budou aktivní, ale sportovně netrénovaní (tj. cvičení ≤3x týdně). Všechny postupy studie budou jasně vysvětleny a účastníci poskytnou písemný informovaný souhlas před získáním základních opatření.

Zápis:

Účastníci budou pozváni na Školu sportu, cvičení a rehabilitace na University of Birmingham. Po příjezdu výzkumník zapojený do studie vysvětlí účastníkovi design studie a intervence. Účastníci dostanou příležitost klást jakékoli dotazy týkající se studie a dostanou čas na rozhodnutí, zda se zúčastní či nikoli. Pokud se účastník rád zúčastní, bude požádán, aby podepsal formulář souhlasu a vyplnil zdravotní dotazník. Když účastník odejde, bude náhodně zařazen do skupiny s leucinem nebo placebem. Účastníci budou požádáni, aby vyplnili třídenní dietní deník, aby zhodnotili obvyklý příjem potravy.

Předběžná hodnocení:

Po vysvětlení studie a získání informovaného souhlasu budou účastníci hlásit laboratoři v 8:00-09:00, že 10 hodin hladověli a 24 hodin předtím se zdrželi intenzivního cvičení a alkoholu. Základní svalová funkce účastníků bude získána měřením maximální izometrické a izokinetické síly extenzorů a flexorů kolena pomocí izokinetického dynamometru. Po testování síly vědci poskytnou jednotlivcům třídenní dietní deník a monitor aktivity. Tři dny po měření základní síly se účastníci znovu hlásí do laboratoře v 8:00-09:00 po 10hodinovém nočním hladovění. Účastníci budou zváženi na digitální váze s přesností na 0,1 kg v lehkém oblečení. K určení složení stehna (tuková a beztuková hmota) bude provedena duální rentgenová absorbometrie (DXA) a ultrazvukové skenování.

Imobilizace:

V 8:00-09:00 ráno po předběžném hodnocení podstoupí účastníci 7denní jednostrannou imobilizaci nohou. Náhodně bude vybrána jedna noha (v protiváhu vlevo/vpravo) a umístěna do celonožní kolenní ortézy. Účastníci budou chodit s použitím berlí a denně provádět cvičení kotníků, aby se minimalizovalo riziko hluboké žilní trombózy, jak je indikováno kvalifikovaným fyzioterapeutem. Účastníci budou mít také povoleno sundat kolenní ortézu během nočního spánku. Vyškolený fyzioterapeut účastníka poučí o bezpečném používání berlí (tj. chození do schodů). Během každého hlavního jídla v období imobilizace účastníci zkonzumují 5 g práškového doplňku LEU nebo PLA s 250-300 ml vody, což je v bezpečných mezích. Dietní příjem bude řízen po celou dobu imobilizace podle celkového příjmu kalorií jednotlivce (odvozeného ze standardizovaných rovnic), se složením makroživin 55 % sacharidů, 30 % tuků a 15 % bílkovin. Celkové množství přijatých bílkovin se bude rovnat 1,0 g/kg/den. Úrovně aktivity účastníků budou monitorovány po dobu 7 dnů prostřednictvím monitoru aktivity nošeného na zápěstí.

Experimentální zkoušky:

Ráno na konci 7denního imobilizačního období se účastníci hlásí v laboratoři v 6:00-07:00 po celonočním půstu. Vyšetření ultrazvukem a DXA se bude opakovat, ihned poté bude zaveden katétr do žíly na předloktí obou paží pro i) časté odběry krve při -150, -90, 0, 20, 40, 60, 80, 120, 180, 240 minut experimentální zkoušky (celkem ~100 ml) a ii) kontinuální infuze stabilního izotopového indikátoru aminokyseliny (L-[kruh] 13C6 fenylalanin). Účastníci zůstanou po celou dobu zkoušky v poloze na zádech. Po 150 minutách infuze bude v lokální anestezii odebrána svalová biopsie ze čtyřhlavého svalu na imobilizovaných a neznehybněných nohách. Účastníci poté zkonzumují 20g mléčný proteinový nápoj. Další biopsie budou získány z obou nohou po 270 minutách a 390 minutách infuze. Během studie tedy bude získáno celkem 6 invazivních svalových biopsií (3 z každé nohy), přičemž každá biopsie byla získána ze samostatné incize vzdálené od sebe přibližně 3 cm. Tento dvoustupňový design stabilní izotopové infuze umožňuje účinné hodnocení MPS při přechodu z postabsorpčních (0-120 min) do postprandiálních stavů (120-240 min). Síla nohou bude znovu posouzena den po infuzi stabilního izotopu v 8:00-09:00 po 10hodinovém hladovění, aby se předešlo jakémukoli interferenčnímu efektu předchozí kontrakce na obrat svalových proteinů.

Analýza dat:

Pro výpočet syntézy myofibrilárních a mitochondriálních proteinů vědci přijmou typické sofistikované techniky hmotnostní spektrometrie pro stanovení obohacení izotopového indikátoru ve svalových proteinech a plazmě izolovaných z biopsie. Intramuskulární "anabolické signály" (v dráze mTORC1) a "katabolické" signály budou určeny pomocí analýzy western blot a q-rtPCR. Respirometrie s vysokým rozlišením bude také použita k posouzení mitochondriální funkce biopsií izolované kosterní svalové tkáně v kontrolní i imobilizované končetině.