Muskelgenvækst under fysisk genoptræning og aminosyretilskud

Målet med dette translationelle forskningsprojekt er at identificere nøglemekanismer involveret i regulering af skeletmuskeltab og genvækst efter total knæarthroplastik (TKA). Total knæarthroplastik inducerer betydelige fald i muskelmasse og styrke, som er direkte ansvarlig for nedsat funktion, især funktionel uafhængighed. Sådanne fald i muskelstyrke og volumen og dagligdags aktiviteter (at rejse sig fra en stol, gå på trapper og gå) kan vare ved i op til 2 år.

Atrofi er det direkte resultat af en ubalance mellem muskelproteinsyntese og nedbrydning. Der er dog to ret forskellige mekanismer, der fører til muskeltab: accelereret proteinnedbrydning (f.eks. forbrændingsskade), primært som følge af stressreaktionen eller nedsat proteinsyntese (f.eks. immobilisering). I tilfælde af alvorlig stress øges muskelproteinsyntesen faktisk, dog ikke tilstrækkeligt til at hindre muskeltab, og anabolske stimuli, såsom ernæring, kan ikke modvirke muskelatrofi. På den anden side kan nedsat proteinsyntese fra inaktivitet stimuleres af ernæring og motion og derved reducere eller forhindre atrofi. I øjeblikket ved vi ikke, hvilken tilstand der dominerer efter TKA: kirurgisk stress-induceret katabolisme eller immobilitetsassocierede fald i syntese. Hvad der ikke vides er, hvilken signalvej der dominerer efter TKA; stressinduceret katabolisme eller immobilitetsrelaterede fald i syntese. Vores mål er at bestemme, hvilken model (stress eller inaktivitet), der står for det akutte og hurtige muskeltab efter TKA for bedre at kunne fokusere genoptræningsindsatsen.

Vores generelle hypotese er, at quadricepsatrofi efter TKA-operation primært skyldes inaktivitet, som kan modvirkes af fysioterapi (PT) og tilskud af essentielle aminosyrer (EAA). Vores mål er at afgrænse de grundlæggende mekanismer, der ligger til grund for muskeltab med TKA, og baseret på denne nye information at finde nye rehabiliteringsstrategier til at accelerere genopretning af normal funktion fra TKA.

Derfor er vores plan at teste følgende specifikke hypotese hos ældre voksne:

1. TKA inducerer en akut og alvorlig nettoproteinkatabolisme ved at reducere muskelproteinsyntese
2. TKA-induceret katabolisme svækkes ved indtagelse af EAA
3. EAA-tilskud efter PT vil stimulere muskelproteinsyntese og mTOR-signalering i højere grad end PT med placebo
4. EAA-tilskud under TKA PT-rehabilitering vil forbedre muskelstyrke, muskelvolumen og funktionelle resultater i højere grad end PT med placebo

For at teste vores specifikke hypotese vil vi behandle følgende specifikke mål:

1. For at afgøre, om TKA-kirurgi reducerer muskelproteinsyntesen og/eller øger muskelproteinnedbrydningen
2. For at bestemme, om muskelproteinsyntesen øges akut ved indtagelse af EAA efter TKA-kirurgi
3. For at bestemme, om muskelproteinsyntese og mTOR-signalering vil blive stimuleret af PT-rehabilitering og forstærket af EAA-tilskud
4. For at afgøre, om EAA-tilskud under TKA med traditionel PT i 6 uger forbedrer muskelstyrke, muskelvolumen og funktionelle resultater. Denne ansøgning vil give foreløbige data til indsendelse af en R01-bevilling for yderligere at bestemme mekanismerne, der fører til vellykket tilbagevenden af ​​quadriceps muskelstyrke og funktion efter TKA. Essentielle aminosyrer er billige, veltolererede og let fordøjelige og har vist sig uafhængigt at stimulere muskelproteinsyntese og komponenter i den anabolske mTOR-signalvej. Mit mål om at øge muskelstyrke og funktionel mobilitet er specifikt beskrevet i National Center for Medical Rehabilitation Research Seven Priority Areas og er i overensstemmelse med NIH's køreplan og prioriteter, og vil hjælpe os med at forstå muskelproteinmetabolisme under fysioterapirehabilitering. Ved at vedtage et mekanismedrevet, translationelt forskningsdesign, der forbinder ændringer i cellesignalering med funktionelle udfaldsmål (celle → system → funktion), vil vi fange centrale fysiologiske begivenheder, der er ansvarlige for reguleringen af ​​muskelmasse og funktion efter TKA.