Cykelvarighed og knoglemarkører hos aktive unge voksne

Introduktion:

Motion har vist sig at gavne knoglesundheden positivt. Det er veldokumenteret, at et akut anfald af vægtbæring, høj belastning og dynamisk belastning af skelettet mobiliserer markører for knogledannelse hos normalvægtige mænd og kvinder. Akutte anfald af lav-impact høj intensitet træning såsom cykling, er også blevet undersøgt for deres effekter på knogledannelse og resorption, viser en overordnet anabolsk effekt (Mezil et al. 2015). Der eksisterer en undersøgelse, der undersøger en akut to-timers omgang med moderat intensitetscykling, som viste stigninger i parathyreoideahormon, forbundet med knoglemetabolisme, selvom virkningerne af disse forbigående hormonelle ændringer på knoglerne forbliver ukendte (Barry & Kohrt, 2007). Minimal forskning har undersøgt virkningerne af akutte anfald af moderat intensitet kontinuerlig cykling (70 % af VO2 max) på knoglemetabolisme. I modsætning til disse akut kontrollerede undersøgelser har mindst to undersøgelser rapporteret, at atleter, der regelmæssigt deltager i ikke-vægtbærende sportsgrene, såsom cykling, har en højere grad af osteopeni i lænde- og hofteregionen (Rector et al. 2008; Sherk et al. al. 2013). En anden undersøgelse undersøgte knoglestatus for unge mandlige cyklister, over 17 og under 17 år, sammenlignet med raske aldersmatchede kontroller. Cyklister havde lavere BMD ved benene, bækkenet og den samlede hofte. Hos cyklister over 17 var rapporteret BMD 8,9 % til 24,5 % lavere for hele kroppen, bækken, lårbenshofte og ben, hvilket tyder på, at cykling udført i teenageårene kan påvirke knoglesundheden og ens evne til at nå maksimal knoglemasse i denne kritiske tid negativt ( Olmedillas et al. 2011). En lille undersøgelse, der undersøgte 5 mandlige eliteracere i løbet af et 6-dages etapeløb med landevejscykling, viste dog en stigning i markører for knogledannelse og et fald i markører for knogleresorption (Hinton et al. 2010). Således forekommer ovenstående beviser selvmodsigende. På den ene side har et akut anfald af højintensiv cykling en osteogen effekt på knoglerne, mens længerevarende undersøgelser eller observationsdata, som giver mulighed for den tid, det tager at se ændringer i BMD, ser ud til at vise, at landevejscykling også kan have en osteokatabolisk effekt på knogler (Olmedillas et al. 2012). Denne modsigelse rejser interessante spørgsmål om virkningerne af større belastninger af cykling, energiindtag såvel som virkningerne af længere varigheder af cykling på knoglesundheden.

Der ser ud til at være forhold relateret til sporten landevejscykling, ikke specifikke for selve cyklingens mekanik, som kan disponere en atlet for lav BMD over tid. Disse forhold er fortsat uklare. Mulige faktorer, der bidrager til den lavere BMD fundet hos cyklister, omfatter lav energitilgængelighed og dens associerede hormonelle og ernæringsmæssige implikationer, kulhydrattilgængelighed, udeladelse af vægtbærende belastninger på grund af lange timer brugt på at udføre ikke-vægtcykling, vægttab samt overskydende calcium tab gennem sved og urin. Nylige undersøgelser har også givet bevis for vigtigheden af ​​at indtage kulhydrater for at dæmpe markører for knogleresorption og støtte knoglesundhed under træning (Heikura et al. 2019). Interessant er det faktum, at gymnaster, atleter, der også ofte træner under forhold med lav energitilgængelighed, ser ud til at opnå en beskyttende effekt fra deres højtrykssport, som tilsidesætter den knogleresorption, der typisk er forbundet med kalorieunderskud. De høje mekaniske kræfter i denne sport har store osteogene effekter, der opretholder BMD, i modsætning til hvad der er blevet observeret hos cyklister (Robinson et al. 1995). Dette stiller spørgsmålstegn ved, om det er den ikke-vægtbærende natur af cykling, visse forhold omkring cykling eller noget, der er forbundet med de mekaniske aspekter af selve cyklingen, der tilsyneladende har en negativ indvirkning på knoglerne?

Til dato har forskere undersøgt virkningerne af et akut anfald af høj intensitet cykling på markører for knogledannelse og resorption, såvel som moderat intensitet cykling og dets virkninger på knogler. Der er udført feltundersøgelser, hvor energibehovet er blevet opfyldt, og hvor energimangel var til stede. Der er et hul i forskningen for så vidt angår virkningen af ​​varigheden af ​​cykling med moderat intensitet på knogler, i en energifyldt tilstand, i en kontrolleret indstilling. At udfylde dette hul gennem en systematisk tilgang ville hjælpe til bedre at forstå, om og hvordan varigheden påvirker det metaboliske knoglerespons.

Der findes en række forskellige metoder til at måle knoglens reaktion på akut mekanisk belastning. Da ændringer i BMD ikke er øjeblikkelige, og kun forekommer over længere tidsperioder, er denne måling ikke passende at bruge til at undersøge ændringer i knoglemetabolisme efter én akut anstrengelse. Efter et akut anfald af træning er det almindeligt at måle cirkulerende knogleomsætningsmarkører. Disse markører er produkter af knogledannelse eller resorption. Der er en række forskellige knogleomsætningsmarkører, men nogle af de mere almindeligt anvendte er procollagen I intakt N-terminal (PINP) og C-terminal tværbindende telopeptider af type I kollagen (CTX), som er anerkendt af International Osteoporosis Foundation (IOF) ) og er produkter af henholdsvis osteoblastisk eller osteoklastisk celleaktivering. For nylig er knoglemetabolisme blevet undersøgt gennem målinger af glycoproteinet sclerostin, en hæmmer af Wnt-vejen, som fører til nedsat knogledannelse. Wnt/β-catenin signaleringsprocessen har indflydelse på mobiliseringen af ​​OPG (Osteoprotegerin). OPG binder til receptoraktivator af nuklear faktor kappa-β-ligand (RANKL), hvilket forhindrer RANKL i at binde til RANK (en osteoklastcelleoverfladereceptor), der fungerer som en lokkereceptor. RANKL-binding til RANK ville ellers øge knogleresorptionen. Derfor har de to veje, Wnt-B-catenin og OPG/RANKL, et forhold, der kan hjælpe os til bedre at forstå processerne for knogleresorption og dannelse.

Formål: Denne undersøgelse har til formål at undersøge forskelle i markører for knoglemetabolisme (CTX, PINP) og osteokiner (sclerostin, OPG og RANKL) mellem tre cyklingsforsøg med moderat intensitet af forskellig varighed (30, 60 og 120 min) i en energi- og kulhydratfyldt stat. Spørgsmålet, som efterforskerne sigter efter at besvare, er, om der er en tidsgrænse, hvor fortsat stimulus fra moderat belastning af knoglen ikke fremkalder en yderligere metabolisk reaktion i knoglen eller endda bliver osteokatabolisk, når atleter er i en energifyldt tilstand. Yderligere biokemiske reaktioner på øvelsen vil også blive undersøgt, herunder inflammatoriske markører, glukose, anabolske/hormonelle markører og oxidativt stress.

Metoder:

Femten 20-30-årige aktive mandlige deltagere (prøvestørrelse beregnet baseret på Mezil et al. 2015) vil ankomme til laboratoriet ved 5 separate lejligheder. Besøg et vil omfatte antropometriske målinger og en VO2max-test. Deltagerne vil udfylde en 24-timers tilbagekaldelse af mad, før de besøger en. Deltagerne vil gennemføre en kontrol og tre kontinuerlige cykelforsøg (besøg 2, 3, 4 og 5) på cykelergometeret ved 60-70 % af deres respektive VO2 max baseret på deres test fra besøg 1. Rækkefølgen af ​​træningspas vil blive randomiseret.

Deltagerne følger en afbalanceret kost dagen før besøg 2 til 5, som vil være baseret på deltagernes madlog i 24 timer før besøg et. Der vil blive foretaget justeringer af deltagernes madlog for at opfylde makronæringsstofsammensætningen af ​​65 % CHO, 25 % PRO og 15 % fedt, for at sikre, at de ankommer til laboratoriet i en energifyldt tilstand før besøg 2 til 5. Deltagerne vil også få retningslinjer for hydrering i 24 timer før ankomst til laboratoriet og vil blive bedt om at afstå fra enhver kraftig aktivitet i 24 timer før alle besøg i laboratoriet.

Ved besøg 2 til 5 ankommer deltagerne fastende til laboratoriet for at tage blodprøver i hvile efterfulgt af en standard morgenmad. 30 minutter efter morgenmaden vil der blive taget en blodprøve efter morgenmaden efterfulgt af den respektive protokol for dagen (kontrol, 30-, 60- eller 120-minutters cykling). Yderligere blodprøver vil blive taget som beskrevet nedenfor. For at opretholde hydrering under cyklingsforsøgene vil deltagerne få 500 ml (til 30 minutters forsøg) til 1 L (til 60 og 120 min forsøg) vand at drikke ved libitum. Værdien af ​​disse besøg er at se, om der er en ændring i knoglemetabolismen over tid mellem kontrollen og tre forskellige cyklusvarighedsprotokoller.

Blodprøver: Under kontrolsessionen vil der blive taget i alt 7 blodprøver: én ved ankomst til laboratoriet, én efter måltidet, men før den 2-timers kontrolsession begynder, og fem under kontrolsessionen efter 30 min., 60 min, 120 min, 150 min og 180 min. Under hvert cykelforsøg vil der blive indsamlet i alt fem (5) blodprøver fra hver deltager: én ved ankomsten til laboratoriet, én efter måltid, men før cykling, og 3 efter cykling efter 5 minutter, 30 minutter og 60 minutter efter endt cykling.

Blodprøverne vil blive udtaget ved hjælp af et kateter (IV) udført af en certificeret paramediciner. Kateterisering vil være, når forsøgspersonen ankommer til laboratoriet, foreslår vitale grundtegn før og efter IV-placering, helst med forsøgspersonen i liggende stilling under vurderingens varighed og IV-placering. IV-placering skal fortrinsvis placeres i venstre eller højre underarm (bagerste hånd, hvis ingen andre steder er synlige) med maksimalt to IV-forsøg pr. besøg. IV-indsættelse skal fuldføres ved hjælp af aseptiske procedurer i henhold til sikkerhedsstandarder. IV-kanyle, der skal sikres via tegaderm, hypoallergen tape og et elastisk stof i net-stil, der giver ekstra beskyttelse mod forskydning under kraftig sved og bevægelse af motivet. Kanylen vil blive låst med en saltvandslås og forlængelse for adgang under blodudtagninger (se nedenfor for tidsplan). Hver blodudtagning skal bruge en indledende vacutainer som en affaldsoptagelse på grund af saltvand i IV-låsen, hvor den anden beholder er en ren veneprøve. Når prøveudtagningen er afsluttet, genindføres saltvand ved lidt højere tryk i saltvandslåsen for at bevare kanylens åbenhed til næste træk. Aseptiske metoder, der anvendes gennem hver procedure.

Alle blodprøver vil indeholde 5-10 ml blod ved brug af serum- og plasmarør. Knogleomsætningsmarkører, anabolske/hormonelle markører, inflammatoriske markører og oxidativt stress vil blive undersøgt i hver prøve. For at kontrollere døgnrytmen vil træningssessionen og relaterede blodprøver blive udført på samme tidspunkt på dagen mellem kl. 9.00 og 13.00.

Antropometriske mål: Højden vil blive vurderet ved hjælp af et stadiometer til nærmeste 0,1 cm uden sko. Kropsmasse (kg), relativ kropsfedt (%) og fedtfri masse (kg) vil blive målt ved hjælp af Bod Pod (luftforskydningspletysmografimetode). Alle deltagere vil blive fortrolige med Bod Pod ved at sidde i kammeret før testen for at se, om de er klaustrofobiske. Deltagerne vil have valget mellem en efterforsker af samme køn til at tage deres antropometriske målinger.