Effekter af akut energiunderskud og aerob træning på muskelkvalitet

Begrundelse for undersøgelsen:

Vægttabsstrategier, der bruger energibegrænsning alene, kan føre til nedsat muskelmasse, hvilket også yderligere kan forringe sundheden hos personer med metaboliske tilstande, såsom type 2-diabetikere. Skeletmuskelmasse og funktion er nøglen til at opretholde et sundt stofskifte og livskvalitet gennem hele livet. Kombinationen af ​​træning og kaloriebegrænsning er en kraftfuld intervention til at reducere kropsvægten og forbedre metabolismen og sundhedstilstanden hos raske, overvægtige og fede personer. Forskerne har tidligere vist, at skeletmuskelproteinsyntese reduceres med energibegrænsning, og at træning af modstandstypen kan vende denne negative effekt. Aerob træning har også kapacitet til at stimulere muskelproteinsyntese og forbedre muskelkvaliteten ved at øge mitokondriel proteinsyntese. Ikke desto mindre er det ikke velkarakteriseret hvordan energiunderskud lagt oven på aerob træning modulerer skeletmuskelkvaliteten. Ydermere har eksisterende undersøgelser kun set på blandet (uspecifik) proteinsyntese af forskellige intracellulære rum uden at give detaljer om, hvordan proteinsyntese for specifikke proteiner reguleres.

Dette projekt vil give nye data til at afdække mekanismerne bag den positive effekt af energibegrænsning og samtidig aerob træning på skeletmuskulaturens kvalitet.

Aerob træning alene er en veletableret intervention for at øge mitokondriel kapacitet og skeletmuskelfunktion, men effekten på skeletmuskulaturen af ​​overliggende energibegrænsning, mens du udfører aerob træning, er ikke velkarakteriseret. Nylige fund hos Rhesus-aber, hvis fysiologi reagerer meget på samme måde som menneskers, har vist, at livslang kaloriebegrænsning har en dyb positiv effekt på skeletmuskulaturen. Disse resultater viser, at kaloriebegrænsning ikke kun opretholder det kontraktile indhold af muskler, men også redder det aldersrelaterede fald i skeletmuskulaturens mitokondrieindhold og -kapacitet. Fysisk aktivitet i denne undersøgelse var imidlertid ikke kontrolleret og så ud til at være højere i gruppen med kaloriebegrænsning, hvilket repræsenterede en vigtig forvirrende faktor. Forskning i mennesker, der behandler lignende spørgsmål, har hidtil været mindre klar. Udtalt vægttab gennem energibegrænsning alene (10% total kropsvægt i ~7,5 uger) hos overvægtige kvinder fører til et fald i muskelmitokondrieindhold. I skarp kontrast viste brug af en mildere begrænsning på 25% af den samlede energi alene eller kombineret med træning i 6 måneder hos overvægtige individer øget ekspression af gener, der koder for mitokondrieproteiner i begge grupper. Men på trods af disse lovende resultater, der tyder på, at vægttab kombineret med træning vil øge skeletmuskelmetabolismen, er der i øjeblikket ingen stærke data til at give støtte til brugen af ​​samtidig energibegrænsning og aerob træning med dybdegående analyse af dets fysiologiske og molekylære virkninger hos mennesker.

Den foreslåede undersøgelse heri vil omfatte en kort periode med stramt kontrolleret træning og diætindtagelse for at vise, at energiunderskud, mens man udfører aerob træning resulterer i yderligere fordele for muskelmetabolsk tilpasning. Det nuværende projekt bygger på efterforskerens tidligere og nyere forskningsresultater for direkte at adressere dette spørgsmål. Denne forskning har vist, at modstandsøvelser under 30 % dagligt energiunderskud redder faldet i blandet (uspecifik) myofibrillær proteinsyntese observeret med energiunderskud alene. Desuden har efterforskerens forskning vist, at aerob træning opregulerer specifikke proteiner i skeletmuskulaturens mitokondrier hos gnavere; at skeletmuskulaturens lipiddråbeprofil reagerer på træning og ernæring; at ernæring modulerer den cellulære respons på aerob træning og, hvad der er vigtigt; at aerob træning efter kortvarig (~14 timer) energiunderskud kan opregulere markører for mitokondriel biogenese i skeletmuskulatur og forbedre metabolisk kontrol hos mennesker.

Mål og hypotese:

Det primære forskningsspørgsmål forbundet med denne undersøgelse er: 'Hvad er den kombinerede effekt af et energiunderskud og aerob træningstræning på muskelkvalitet (syntesehastigheder af individuelle, sarkoplasmatiske og mitokondrielle proteiner) og intramuskulær lipiddynamik over en fem-dages periode hos raske mænd?'

Yderligere mål:

1. Identificer de mekanismer, hvorved et kortvarigt energiunderskud (opnået gennem samtidig energibegrænsning og træning) kan regulere individuel muskelproteinomsætning (syntese, nedbrydning og overflod), intramuskulær lipiddynamik, metabolitter og muskelglykogenindhold under vægttab.
2. Giv ny evidens for kapaciteten af ​​en kartoffelbaseret kost som en effektiv kilde til næringsstoffer til at fremme positive skeletmuskler og metaboliske tilpasninger under vægttab.

Studiehypotese:

Kortvarig energibegrænsning med samtidig aerob træning vil øge kvaliteten og mængden af ​​skeletmuskelproteiner relateret til mitokondriel kapacitet, forbedre skeletmuskulaturens intracellulære lipiddråbeprofil og modulere blodbårne markører for metabolisk sundhed sammenlignet med træning uden energiunderskud.

Undersøgelsesmetoder:

Deltagerne vil først udføre test for karakterisering (detaljeret nedenfor) efterfulgt af en 5-dages baseline-vurdering (dage -5 til -1) og to på hinanden følgende 5-dages perioder med kontrolleret træning for at øge den oxidative kapacitet (3 dages aerob træning pr. periode, 15 kcal/kg FFM/dag energiforbrug løb) og energiindtag (15 dage i alt, med en testsession morgen 16.). Dette vil opnå tilstande af energibalance (EB; energitilgængelighed - EA - 45 kcal/kg fedtfri masse (FFM)/dag), der kræves til vægtvedligeholdelse (dage 1 - 5), efterfulgt af energiunderskud (ED; EA 10 kcal/kg FFM/dag), påkrævet for vægttab på dag 6 - 10. Dette eksperimentelle design, såvel som energiindtag og -forbrug, replikerer, hvad efterforskerne tidligere har brugt til med succes at bestemme andre fysiologiske effekter af ED på skeletmuskulaturen. Fem dage med EB og EA vil give mulighed for stram kontrol af diætindtaget og vil være tilstrækkeligt til at opdage ændringer i de vigtigste parametre, der undersøges.

Karakteriseringstest af deltagere vil være ~15 dage før starten af ​​baseline-vurderingen for at bestemme overholdelse af inklusionskriterier, konditionsniveauer (maksimalt iltforbrug og lactat-tærskel [via fingerstik kapillærprøver]) og kropssammensætning. Ved baseline vurdering vil en hvilemuskel blive taget en biopsi fra vastus lateralis (quadriceps), før indtagelse af sporstoffet deuteriumoxid (D2O) gennem de følgende 15 dage for at muliggøre dynamisk proteomisk profilering af skeletmuskulaturen. Der tages i alt 4 biopsier pr. deltager, hvilket er i tråd med investigatorens tidligere forskning. Baselinevurderingen bruges til berigelse af D2O til dynamisk proteomisk profilanalyse og sikring af regelmæssig fysisk aktivitet hos individer, der matcher undersøgelsens krav. Gennem hver 5-dages forsøgsperiode, muskelbiopsier (dage -5, 1, 6 & 11), daglige spytprøver (ikke-stimuleret, indsamlet hjemme) og regelmæssige venøse blodprøver (dage -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 & 11) vil blive indsamlet til vurdering af dynamisk proteomisk profilering, fibertype-specifik lipiddråbeprofilering, skeletmuskelglykogen og D2O, og blodbårne hormoner og metabolitter relateret til vægttab. Resting Metabolic Rate (RMR; vurderet via indirekte kalorimetri) og vurdering af kropssammensætning vil blive udført ved hjælp af dobbelt røntgenabsorptiometri (DXA) scanninger på dag -5, 1, 6 og 11 af interventionen. Bioelektrisk impedansanalyse (BIA) vil også blive brugt til at vurdere kropssammensætning ved hvert laboratoriebesøg (dage -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 og 11).

Diætinterventioner og energibalance:

Diæten vil følge det daglige referenceindtag af næringsstoffer for at give ~60, 20 og 20% ​​energi fra henholdsvis kulhydrater, fedt og protein. I overensstemmelse med finansieringskravene vil procentdelen af ​​den samlede energi fra kartoffelbaserede kilder være >60% under EB og >65% under ED. Kartofler vil blive kogt på en række forskellige måder, der ikke tilfører betydelig mængde energi, såsom kogt, mikroovn, bagt osv.

Manipulering af energitilgængelighed:

Energitilgængelighed (EA), der er defineret som energiindtag minus energiforbrug fra træning - normaliseret til fedtfri masse - bruges som en nøgleparameter til at bestemme energibalancen. Forskerne er de første, der har vist, at værdier under 30 kcal/kg/FFM kan modulere skeletmuskelresponser, hvilket er på linje med anden forskning om en række metaboliske reaktioner på EA. Baseret på denne nylige forskning, som brugte 20 kcal/kg FFM/dag i ~14 timer, vil den nuværende intervention inducere et mere udtalt energiunderskud i længere tid. Det gennemsnitlige energiindtag over de 5 dage for en gennemsnitlig 85 kg (70 kg FFM) deltager vil være 3780 kcal/dag for EB og 1330 kcal/dag ED. Dette vil opnå et omtrentligt kumulativt energiunderskud på 12250 kcal over en 5-dages periode, hvilket resulterer i ca. ~1,5 kg kropsmassetab fra netvæv, givet at ~7450 kcal er nødvendige for at tabe 1 kg nettovæv. Vandtab vil stå for yderligere ~1 kg af tabet i kropsvægt, hvilket vil være en konsekvens af et fald i endogene kulhydrat (glykogen) lagre, som vandet binder til, samt vandudsving på grund af natriumændringer. Skeletmuskelglykogen er også en regulator af de muskelkvalitative aspekter og vil også blive undersøgt.

Emner. En normal population vil give forskerne mulighed for at bestemme de fysiologiske reaktioner på denne intervention. Ti unge (18-40 år) sunde, regelmæssigt motionerende mænd med en kropsfedtprocent ~18-26%.

Kvalitet:

Forskeren, der er tilknyttet denne undersøgelse og tilknyttet gennemgangen af ​​undersøgelsesprotokollen, er alle ansatte (eller en ph.d.-studerende) i Liverpool John Moores University Research Institute for Sport & Exercise Sciences (RISES). I 2014 RISES (LJMU) indsendte 34,75 FTE (fuldtidsækvivalent) til Unit of Assessment 26 (UoA26) og opnåede en GPA (Grade Point Average) på 3,57. Placeret på andenpladsen på GPA i UoA, blev RISES det førende center for sport og motionsvidenskabsforskningskvalitet i Storbritannien (4* - 61% af alle aktiviteter i verdens førende, 3* - 36% af alle aktiviteter internationalt fremragende standard). RISES indsendte den største mængde på 4* output (n=60) i UoA, havde 90 % af påvirkningsaktiviteten vurderet til 4* og havde 100 % af miljøet vurderet til 4*. Vigtigt er det, at ud af 1.911 indsendelser i alle 36 UoA's RISES kom på en 11. plads i hele Storbritannien for GPA opnået ved REF2014, hvilket satte RISES (LJMU) blandt Oxford, UCL, LSE og Cambridge i ligatabellerne for denne metric.