Diæt-synergi i muskelproteinsyntese (POTATO)

1. Forberedende testning

   1.1 Forberedelser: Deltagerne vil ankomme til forberedende testsession efter en nattefaste (~10 timer uden kalorieholdig mad/drikke) og efter at have undgået motion i de 72 timer forinden. Før enhver personlig procedure vil deltagerne blive informeret om procedurene og risiciene ved deltagelse gennem gennemgang af det informerede samtykkedokument. Deltagerne vil blive opfordret til at stille spørgsmål og få deres spørgsmål besvaret, før de bliver spurgt, om de ønsker at fortsætte. Bekræftelse vil blive dokumenteret via underskrift på en informeret samtykkeprocesformular.

   1.2 Antropometri: Efter at have givet samtykke vil deltagernes højde og vægt blive målt for at bekræfte, at body mass index (BMI) er inden for berettigelsesgrænserne (18,5 - 30 kg/m²). Da deltagerne allerede er blevet vurderet for alle andre inklusions- og eksklusionskriterier, vil en berettiget BMI resultere i studieinklusion og fortsættelse af den forberedende testsession. Efter bekræftelse af studieberettigelse vil blodtrykket blive målt af et uddannet medlem af forskningsteamet. Herefter vil kropskompositionen blive bestemt via dual energy x-ray absorptiometry (DEXA) i overensstemmelse med producentens anbefalinger. Kort sagt vil deltagerne blive bedt om at fjerne alle metalgenstande fra deres person, før de positioneres af en uddannet tekniker for nøjagtig måling af muskelmasse og fedtmasse. Scanningen varer ca. 6-10 minutter, hvor deltageren vil blive instrueret i at forblive ubevægelig.

   1.3 Sædvanlig kostregistrering: Nuværende kostvaner vil blive vurderet gennem et online automatiseret selvadministreret (ASA24) kostregistreringssystem. Deltagerne vil modtage deres individuelle brugernavn og adgangskode i løbet af denne session og vil blive bedt om at registrere i 3 på hinanden følgende dage (2 hverdage og 1 weekenddag) før hvert forsøg. Da det er online, kan deltagerne udfylde det uden for stedet på deres eget tidspunkt.

   1.4 Hvilemetabolisme: Hvilemetabolismen (RMR) vil blive vurderet via indirekte kalorimetri. Dette er en ikke-anstrengende test, hvor RMR måles ved hjælp af et automatiseret gasanalysesystem. Denne enhed måler iltforbrug og kuldioxidproduktion som forskellen mellem indåndet og udåndet gaskoncentrationer. Før testens start vil deltagerne ligge på ryggen på en briks, og en gennemsigtig, hård plastichætte og et blødt, gennemsigtigt plastiklag vil blive placeret over deltagerens hals, hoved og skuldre for at opsamle udåndede gasser. Deltagerne vil derefter ligge ubevægelige uden at falde i søvn, mens respiratoriske gaskoncentrationer indsamles. Testen vil afsluttes, når RMR er stabil i mindst 20 minutter (typisk ~30 minutter fra starten).

   1.5 Ti-gentagelsesmaksimum (10RM) testning: Efter hvilemetabolismetestning vil deltagernes 10RM blive testet for benstrækker og benpres. Til at begynde med vil deltagerne cykle i et selvvalgt tempo på en standard cykelergometer i ~5 minutter. Deltagerne vil derefter gennemføre et sæt på 8-10 gentagelser ved ~50% af deres forudsagte 10RM efterfulgt af 1-2 minutters hvile. Belastningen vil derefter blive indstillet til ~90% af deres forudsagte 10RM. Belastningen vil blive øget med 2,5-5,0% efter hver succesfuld forsøg indtil fiasko (typisk inden for 5 forsøg). To minutters hvile vil blive tildelt mellem maksimale forsøg og 5 minutter mellem øvelser. Benstrækker vil blive testet først efterfulgt af benpres. Før de forlader laboratoriet, vil deltagerne have mulighed for at stille eventuelle spørgsmål, de har, før sessionen afsluttes.

   1.6 Accelerometre: Før de forlader laboratoriet, vil deltagerne modtage et accelerometer (Actigraph) for at vurdere niveauer af daglig fysisk aktivitet (dvs. skridttælling). Forskningspersonale vil demonstrere korrekt brug og instruere deltagerne i at bære enheden gennem hele studievarigheden. Efter demonstrationen vil deltagerne blive mindet om at undgå enhver overflødig motion og bære enheden i to dage op til forsøgene.

   1.7 Planlægning: Før de forlader laboratoriet, vil deltagerne og forskningsteamet identificere en dato for det første infusionstrial (mindst 7 dage efter forberedende testning). Desuden vil forskningsteamet give deltagerne et standardiseret måltid at indtage aftenen før den første infusion og instruktioner om at undgå hård motion og alkoholindtagelse i henholdsvis 72 og 24 timer op til det første trial. Deltagerne vil også blive tilbudt en snack, før de forlader laboratoriet.

2. Infusionstrials

2.1 Forberedelser: Mindst 7 dage efter forberedende testning eller den foregående infusion vil deltagerne blive bedt om at vende tilbage til laboratoriet for et infusionstrial. Om morgenen ved hver infusion vil deltagerne ankomme til laboratoriet om morgenen efter en nattefaste (~10 timer uden kalorieholdig mad/drikke) og efter at have undgået hård motion og alkoholindtagelse i henholdsvis 72 og 24 timer. I 3 dage forud for hvert trial vil deltagerne blive bedt om at registrere deres kostindtag via et online automatiseret selvadministreret (24-timers) kostregistreringssystem (ASA24).

2.2 Stabil isotopinfusion: Ved ankomst til laboratoriet vil deltagerne ligge på ryggen på en klinikstilsseng, før der placeres en intravenøs kateter i en dorsal hånd- eller armvene. Der vil ikke blive foretaget mere end fire forsøg på at placere kateteret. Efter baseline blodprøvetagning vil en primingdosis af L-[1-13C] leucin og L-[ring 2H5] phenylalanin blive administreret før start på en konstant infusion ved hjælp af en kalibreret infusionspumpe. De stabile isotopaminosyresporstoffer, der anvendes i dette eksperiment, er ikke radioaktive og er helt sikre. Disse stabile isotoper vil berige aminosyrepuljen i kroppen, hvilket giver os mulighed for at identificere indbygningshastigheden af aminosyrer i væv. Tilberedningen af sporstofferne til intravenøs administration vil foregå i et sterilt miljø under et laminar flow-hætte dedikeret til tilberedning af sporstoffer og i overensstemmelse med Good Manufacturing Practices-retningslinjer.

2.3 Blodindsamling: Efter at forskere starter infusionen, vil en anden kateter blive placeret i en hånd- eller armvene på den anden side, så forskere kan indsamle blod gennem hele trialet. Gennem hele trialet vil blod blive indsamlet periodisk fra kateteret. Før indsamlingen af nogle prøver vil et varmetæppe (60°C) blive placeret på kateterstedet (arm eller hånd) for at "arterialisere" (efterligne blodet i arterierne) blodprøverne. I alt vil 17 blodprøver (~174 mL) blive indsamlet under det første trial, mens der i det andet trial vil blive indsamlet 15 blodprøver (~149 mL). Den regelmæssige indsamling af blod gør det muligt at bestemme den isotopiske berigelse, aminosyrekoncentrationer og frie fedtsyrekoncentrationer i blodet. Mellem udtagninger vil kateteret blive holdt åbent ved hjælp af en 0,9% salinedryp ved en lav hastighed.

2.4 VCO2: Kuldioxidproduktion (VCO2) vil blive bestemt fra udåndet luft prøvetaget via åbent kredsløbsmundstykke fastgjort til en slange. Umiddelbart efter VCO2-analyse er udført (10 minutter), vil deltagerne blive bedt om at udånde i et separat mundstykke fastgjort til en plastikpose. Denne åndedrætsprøve opbevares i en steril vacutainer til fremtidig analyse af stabil isotopsporstofberigelse i ånden.

2.5 Muskelindsamling: I alt vil fem muskelbiopsier blive indsamlet (tre som en del af 1. infusion og to under 2. infusion). Biopsiproceduren involverer fjernelse af et lille stykke muskelvæv ved hjælp af en steril hul nål (Bergström-nål) og vil blive udført af dr. Nicholas Burd under ledelse af dr. Jared Willard, MD. Deltagerne vil hvile på en seng, og området til biopsien vil blive barberet, hvis det er nødvendigt. Herefter vil området blive steriliseret ved hjælp af 4% chlorhexidin gluconat, før 5 mL lokalbedøvelse (2% Xylocaine med 1:100,000 epinephrine) injekteres subkutant med særlig omhu for at undgå infiltration i musklen. Når bedøvelsen er aktiv (~10 minutter), vil dr. Burd foretage et lille snit (~4-5 mm) i huden for at skabe en åbning, gennem hvilken biopsinålen kan indføres til vævsindsamling. Dr. Burd vil hurtigt skære et lille stykke muskel af (~50-100 mg; omtrent størrelsen af en standard blyantsviskelæder) og fjerne nålen fra forsøgspersonens ben. Under prøveindsamlingen (~30 sekunder) kan forsøgspersonerne føle en fornemmelse af dybt tryk i deres ben. Et sterilt engangsdug vil blive placeret under deltagerens lår, og sterile handsker vil blive brugt til alle biopsiprocedurer.

Efter biopsien er afsluttet, vil et udannet medlem af forskningsteamet påføre tryk med steril gaz, indtil blødningen stopper (mindst 10 minutter). Herefter vil snitstedet blive lukket ved hjælp af sommerfugleklister (Steri-strips) efterfulgt af påføring af et bandage. Et elastisk trykbind vil blive påført oven på bandagen for at minimere risikoen for blå mærker. Deltagerne vil derefter blive instrueret i at lade sommerfugleklisterne og trykbindingen sidde på såret i henholdsvis 96 og 24 timer. Deltageren vil blive forsynet med et "biopsi-plejekit" (beskrevet i afsnit 10.1/Biopsi-plejekit) for at kunne pleje snittet korrekt efter at have forladt laboratoriet. Et medlem af forskningsteamet vil kontakte deltagerne dagen efter trialet for at tjekke helingsprocessen.

Modstandsøvelse og måltidsindtagelse: Umiddelbart efter lukning af den anden biopsi vil deltagerne begynde at varme op til en akut omgang modstandsøvelse. Til at begynde med vil deltagerne cykle i et selvvalgt tempo på en standard cykelergometer i 5 minutter. Herefter vil deltagerne begynde modstandsøvelse. Deltagerne vil gennemføre et opvarmningssæt ved ~60% af deres ti-gentagelsesmaksimum (10RM) målt ved forberedende testning efterfulgt af 4 sæt af 10-12 gentagelser ved ~90% 10RM med 1-3 minutters hvile mellem sæt for både benstrækker og benpres. Deltagerne vil matche belastningen, sættene og gentagelserne fra det første trial under deres andet trial.

Umiddelbart efter afslutningen af øvelsen vil deltagerne vende tilbage til infusionsrummet for at indtage måltider. Under første trial vil deltagerne blive randomiseret og kontrabalanceret til at indtage enten 1 medium russet kartoffel med skræl og 2 ounce-ækvivalent mager hakket oksekødsblanding (274 kcal, 19,3 g protein, 5 g fedt, 37 g kulhydrater og 4 g fiber), 2 skiver hvidt brød og oksekødsblanding (262 kcal, 19,8 g protein, 6,8 g fedt, 28 g kulhydrater og 1,8 g fiber) eller 2 ounce-ækvivalent oksekød (93% magert kød/7% fedt; 110 kcal, 14,8 g protein og 5 g fedt) under de primede konstante infusioner til måling af proteinmetabolisme. Under andet trial vil deltagerne blive tilfældigt tildelt at indtage en af de resterende betingelser.

Kommercielt tilgængelige russet kartofler med skræl vil blive skåret i 1-tommers terninger og bagt sammen med hakket oksekødspatty ved 200°C i ~30 minutter, eller indtil den interne temperatur af oksekødet når 75°C lige før indtagelse på trialdagen. Måltidet vil blive tilberedt til en intern temperatur på mindst 165°F i overensstemmelse med USDA's minimum interne temperatur for at forebygge fødevarebårne sygdomme.