Præcisionstræning med høj intensitet gennem epigenetik (PHITE) (PHITE)

Oversigt:

Det amerikanske militær er afhængig af fysisk træning for at øge og opretholde styrkeberedskab. I denne undersøgelse antager vi, at epigenetisk modifikation er en primær mekanisme, hvorved specifikke fysiske træningsrecepter omdanner warfighter-genotype til krigskæmpende fænotype. Vores mål med dette program er 3-fold. Vi vil (1) identificere træningsmetoder, der modificerer epigenetiske responser; (2) karakterisere epigenetisk regulering af fysiologiske processer, veje og mekanismer forbundet med moderat og høj intensitet fysisk træning, og (3) producere real-time biomarkører for kardiorespiratorisk og neuromuskulær ydeevne, der forudsiger fysisk træningsresultater. Vi vil opfylde disse mål gennem følgende seks forskningsprojekter:

I. Fænotyping af træningsdosis-respons

1. Bestem effekten af ​​træningsintensitet på neuromuskulær og kardiorespiratorisk ydeevne
2. Vurder indvirkningen af ​​baseline, før-træningsfænotype på akut reaktionsevne og tilpasningsevne til forskellige intensitetsøvelser
3. Bestem effekten af ​​træningsintensitet på mekanismer, der regulerer muskelproteinmetabolisme, myofiberhypertrofi og muskeloxidativ kapacitet

II. Genetiske og epigenetiske biomarkører for ydeevne i realtid

1. Identificer muskel miRNA, der er differentielt udtrykt som reaktion på varierende træningsintensiteter
2. Identificer cirkulerende muskelafledt miRNA, der er differentielt udtrykt som reaktion på varierende træningsintensiteter
3. Genotype individuelt atletisk potentiale for biomarkøroptimering

IV. Epigenomiske signaturer af menneskelig præstation

1. Identificer og korreler træningsinducerede methyleringsændringer i blod og muskler
2. Forbinder funktionelt ændringer i genekspressionssignaturer og fysiologiske resultater
3. Definer nuklear receptor-inducerede epigenetiske signaturer i metabolisk aktive væv

V. Træningsinducerede histonmodifikationer og kromatinombygning

1. Modifikation af profilhistoner og signaturer for brug af histonunderenheder
2. Vurder kromatin som en signalintegrationsplatform for langsigtet stabilitet

VI. Integrativ epigenomik

1. Kategoriser baseline præstationer og gruppefag
2. Karakteriser epigenetiske ændringer som reaktion på varieret træningsintensitet
3. Udvikle prognosemodeller fra miRNA biomarkører for ydeevne

4. Udvikle epigenetiske regulatoriske netværksmodeller ved hjælp af Deep Belief Networks

   UAB vil tilmelde sunde, utrænede mænd og kvinder, der ligner den amerikanske soldat. De deltager i et træningsforsøg med træningsdosisrespons, der varer cirka 12 uger.

   Der er 2 tilfældigt tildelte træningsrecepter: MOD - 3 dage om ugen på løbebånd eller stationery cycle ergometer, kombineret med 2 dage om ugen med modstandstræning; HI - 3 dage om ugen høj intensitet interval træning svarende til militær høj intensitet taktisk træning, kombineret med høj intensitet modstand træning 2 dage om ugen.

   Fysisk præstation evalueres før træning, midt i træning og efter træning. Derudover evalueres kropssammensætning før træning og efter træning. Muskelbiopsier og blodprøver udføres ved akutte træningsreaktioner før træning og efter træning, og prøver sendes til yderligere undersøgelsessteder for specifikke evalueringer.

   Rekruttering:

   Deltagerne rekrutteres gennem IRB godkendte annoncer.

   Informeret samtykke:

   Når en person er identificeret; opfylder inklusions-/udelukkelseskriterierne (pre-screen); og udtrykker interesse for undersøgelsen, giver et medlem af forskerholdet den enkelte en samtykkeerklæring til gennemgang. Et medlem af teamet følger op med den enkelte for yderligere at forklare undersøgelsen og give den potentielle deltager mulighed for at stille spørgsmål. Hvis personen beslutter sig for at deltage, er han/hun planlagt til det første besøg. Han/hun opfordres til at stille yderligere spørgsmål, inden han/hun giver skriftligt informeret samtykke.

   Deltagerprocedurer:

   MOD træningsregime - 3 dage om ugen med udholdenhedstræning ved 70 % pulsreserve i 30 minutter på en stationær cyklus eller løbebånd, kombineret med modstandsøvelse på 2 af de 3 dage. Resistenstræningsrecepten involverer 3 sæt x 10-14 gentagelser for hver bevægelse, med 1 minuts hvile mellem sæt. Bevægelserne omfatter benpres eller squat, knæforlængelse, brystpres, overheadpres, siddende række, pull-down med bredt greb, abcrunch, hælløft, triceps-skub ned, bicep-curls. Modstandsbelastninger fremskrides, når der opnås 14 gentagelser for 2 af 3 sæt. Pulsen overvåges under hver session.

   HI-træningsprogram - 3 dage om ugen med maksimal intensitet intervaltræning, kombineret med modstandstræning på 2 af de 3 dage. I stedet for udholdenhedstræning med moderat intensitet udfører deltagere i denne gruppe 10 højintensive intervaller (30 sek. arbejde, 30 sek. hvile) inklusive box jumps, burpees, split squat jumps, kedel bell swings, cykel sprints, battle ropes, wall ball , dips osv. Modstandstræningsrecepten involverer 3 sæt x 8-10 gentagelser for de samme bevægelser som MOD, men med supersæt af to bevægelser. Modstandsbelastninger fremskrides, når der opnås 10 gentagelser for 2 af 3 sæt. Hvileperioder er 30-45 sekunder mellem supersæt. Pulsen overvåges under hver session.

   DXA-scanning - Dual energy x-ray absorptiometri (DXA) procedure til bestemmelse af kropssammensætning (muskler, fedt, knogler) involverer mindre røntgeneksponering. DXA vil blive udført i uge 0 og 12. Den effektive dosiseksponering kan sammenlignes med 4 timers soleksponering

   Uringraviditetstest - Alle kvinder, der har haft mindst én menstruationscyklus, skal have en uringraviditetstest ved indledende vurdering og før hver DEXA-scanning. Alle kvinder, der har haft mindst én menstruationscyklus, bliver stillet spørgsmål vedrørende deres menstruationscyklus. Fordi hormonniveauer kan have betydelig indvirkning på bioprøveanalysen, vil den akutte træningskamp med muskel- og blodopsamlinger efter interventionsperioden blive tidsbestemt til at finde sted i samme fase af menstruationscyklussen som den akutte reaktionsøvelse før træning.

   Muskelprøvetagning - I alt 7 muskelprøver indsamles ved perkutan nålemuskelbiopsi fra vastus lateralis ved hjælp af etablerede procedurer:

   3 indsamlet før og efter den første akutte reaktionsøvelse i præ-træningstilstanden (før træning, 3 timer efter træning, 24 timer efter træning); 3 indsamlet før og efter den akutte reaktionsøvelse i post-træningstilstanden (før træning, 3 timer efter træning, 24 timer efter træning);

   1 indsamlet ved et opfølgningsbesøg 4 uger efter afslutningen af ​​interventionsperioden.

   Blodprøvetagning - I alt 9 blodprøver udtages ved venepunktur ved hjælp af etablerede procedurer:

   4 indsamlet før og efter den første akutte reaktionsøvelse i præ-træningstilstanden (før træning, 15 min efter træning, 3 timer efter træning, 24 timer efter træning); 3 indsamlet før og efter den akutte reaktionsøvelse i post-træningstilstanden (før træning, 15 min efter træning, 3 timer efter træning, 24 timer efter træning);

   1 indsamlet ved et opfølgningsbesøg 4 uger efter afslutningen af ​​interventionsperioden.

   Træningspræstationsevalueringer - 1-gentagelses maksimal (1RM) styrke på over- og underkropsbevægelser, maksimal aerob kapacitet (VO2peak) på et cyklusergometer, Wingate anaerob krafttest, maksimal muskelkraft af knæekstensorerne ved hjælp af et computerstyret dynamometer, og lodrette springtest udføres før og efter interventionsperioden. Nogle præstationstest udføres også midt i interventionen (ca. uge 6).

   Diætindtagelse - Diætindtaget vil blive overvåget ved hjælp af en valideret 24 timers tilbagekaldelse i uge 0 og 12.

   Kvalitetssikring:

   Træningssessioner: Forsøgspersonerne vil blive omhyggeligt instrueret i korrekte metoder og overvåges løbende. Alle træningspas udføres under fuldt opsyn af erfarne, certificerede personale [Certified Strength and Conditioning Specialist (National Strength and Conditioning Association) og/eller Certified Exercise Specialist (American College of Sports Medicine)].

   Bioprøvesamling: Alle muskelbiopsier og blodudtagninger udføres af uddannede, professionelle klinikere og forskningspersonale, som er erfarne og lokalt certificerede.

   DXA-scanninger: Alle DXA-scanninger udføres af uddannede teknikere hos UAB.

   Genetisk testning: Genetisk testning af prøver vil blive knyttet til et unikt deltager-id, som ikke identificerer en deltager på nogen måde. Links til personlige helbredsoplysninger opbevares sikkert på det kliniske websted (UAB).

   Undersøgelsen vil blive udført af veluddannet og erfarent personale, som vil blive identificeret til IRB før arbejdet med denne undersøgelse.

   PI vil i sidste ende være ansvarlig for data- og sikkerhedsovervågning: (i) Holde alle undersøgelsesdokumenter opdaterede og tilgængelige for inspektion af sponsoren, UAB IRB og andre autoriserede bedømmere; (ii) Sikring af, at passende mekanismer til beskyttelse af undersøgelsesdeltageres sikkerhed følges; (iii) Sikring af overholdelse af protokolkrav; og (iv) at sikre, at data er nøjagtige, fuldstændige og sikre. Alle dokumenter vedrørende gennemførelsen af ​​undersøgelsen vil blive opbevaret af PI'erne.

   Selvom dette forsøg ikke opfylder kravene til et data- og sikkerhedsovervågningsråd, vil vi følge en proaktiv data- og sikkerhedsovervågningsplan som beskrevet nedenfor.

   1. Ugentlige gennemgange på efterforskere/medarbejderteammøder af noter om rekrutteringsfremskridt, opdateringer/rapporter fra træningsfaciliteten, laboratorier og datastyringspersonale og nyligt tilgængelige data.
   2. PI'ers kvartalsvise gennemgang af sikkerhed og interim dataanalyse.
   3. Årlig gennemgang udført af UAB IRB.
   4. Halvårlig patientsikkerhedsgennemgang af undersøgelsesteamet.

   Alle ikke-alvorlige AE'er vil blive dokumenteret, og et resumé leveres til UAB IRB med forudbestemte intervaller (mindst årligt). Alle SAE'er vil blive rapporteret til UAB IRB inden for 3 dage efter deres opdagelse. Samlede rapporter om AE'er/SAE'er vil blive leveret til sponsoren efter mandat. Hvis der opstår en AE (alvorlig eller ikke-alvorlig), vil PI straks blive underrettet. Afhængigt af hændelsen kan opfølgning kræve yderligere tests eller medicinske procedurer som angivet og/eller henvisning til en specialist. Studiets læger vil træffe sådanne beslutninger. Afhængigt af typen af ​​AE/SAE kan PI'erne vælge at afbryde emnet fra undersøgelsen. PI'erne vil i sidste ende være ansvarlige for at evaluere hver enkelt AE for forhold til protokollen, alvor og forventet, enhver indvirkning på forholdet mellem risiko og fordele, og om der er behov for ændringer af det informerede samtykkedokument og/eller protokollen. PI'erne vil også have ansvaret for at afgøre, om protokollen skal suspenderes, indtil der er foretaget tilfredsstillende modifikationer; den ultimative myndighed i sådanne tilfælde vil dog ligge hos UAB IRB.