Verbesserung der anabolen Wirkung pflanzlicher Lebensmittel durch komplementäre Proteine (CompProtein)

1. Vorläufige Testvorbereitung: Die Teilnehmer kommen zur vorläufigen Testsitzung, nachdem sie über Nacht gefastet haben (ca. 10 Stunden lang keine kalorienreichen Lebensmittel/Getränke zu sich genommen) und 72 Stunden zuvor keinen Sport gemacht haben. Vor jedem persönlichen Eingriff werden die Teilnehmer anhand der Einverständniserklärung über die mit der Teilnahme verbundenen Verfahren und Risiken informiert. Die Teilnehmer werden ermutigt, Fragen zu stellen und ihre Fragen beantworten zu lassen, bevor sie gefragt werden, ob sie fortfahren möchten. Die Bestätigung wird durch Unterschrift auf einem Formular für den Prozess der Einwilligung nach Aufklärung dokumentiert.

   1.1 Anthropometrie: Nach Einwilligung werden Größe und Gewicht der Teilnehmer gemessen, um zu bestätigen, dass der Body-Mass-Index (BMI) innerhalb der Zulassungsgrenzen liegt (18,5 – 30 kg/m²). Da die Teilnehmer bereits hinsichtlich aller anderen Einschluss- und Ausschlusskriterien beurteilt wurden, führt ein geeigneter BMI zur Aufnahme in die Studie und zur Fortsetzung der vorläufigen Testsitzung. Nach Bestätigung der Studienberechtigung wird der Blutdruck von einem geschulten Mitglied des Forschungsteams gemessen. Anschließend wird die Körperzusammensetzung mittels Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie (DEXA) gemäß den Empfehlungen des Herstellers bestimmt. Kurz gesagt, die Teilnehmer werden gebeten, alle Metallgegenstände von ihrem Körper zu entfernen, bevor sie von einem geschulten Techniker zur genauen Messung der Muskelmasse und der Fettmasse positioniert werden. Der Scan dauert etwa 6–10 Minuten. Während dieser Zeit wird der Teilnehmer angewiesen, bewegungslos zu bleiben.

   1.2 Ruhe-Stoffwechselrate: Die Ruhe-Stoffwechselrate (RMR) wird mittels indirekter Kalorimetrie ermittelt. Hierbei handelt es sich um einen belastungsfreien Test, bei dem der RMR mithilfe eines automatisierten Gasanalysesystems gemessen wird. Dieses Gerät misst den Sauerstoffverbrauch und die Kohlendioxidproduktion als Differenz zwischen eingeatmeten und ausgeatmeten Gaskonzentrationen. Vor Beginn des Tests liegen die Teilnehmer auf dem Rücken auf einem Tisch und eine durchsichtige Hartplastikhaube sowie ein weiches, durchsichtiges Plastiktuch werden über Hals, Kopf und Schultern der Teilnehmer gelegt, um ausgeatmete Gase aufzufangen. Die Teilnehmer liegen dann bewegungslos da, ohne einzuschlafen, während die Atemgaskonzentrationen erfasst werden. Der Test wird abgeschlossen, wenn die RMR mindestens 20 Minuten lang stabil ist (normalerweise etwa 30 Minuten nach Beginn).

   1.3 Zehn-Wiederholungs-Maximum-Test (10 RM): Nach dem Test der Stoffwechselrate im Ruhezustand werden die 10 RM der Teilnehmer für die Beinstreckung und die Beinpresse getestet. Zu Beginn radeln die Teilnehmer ca. 5 Minuten lang in einem selbst gewählten Tempo auf einem Standard-Fahrradergometer. Anschließend absolvieren die Teilnehmer einen Satz von 8–10 Wiederholungen mit ca. 50 % ihres vorhergesagten 10RM, gefolgt von 1–2 Minuten Pause. Die Belastung wird dann auf ~90 % der vorhergesagten 10 RM eingestellt. Die Belastung wird um 2,5–5,0 % erhöht. nach jedem erfolgreichen Versuch bis zum Scheitern (normalerweise innerhalb von 5 Versuchen). Zwischen den Maximalversuchen sind zwei Minuten Pause und zwischen den Übungen 5 Minuten Pause vorgesehen. Zuerst wird die Beinstreckung getestet, gefolgt von der Beinpresse. Vor dem Verlassen des Labors haben die Teilnehmer die Möglichkeit, alle Fragen zu stellen, die sie vor Abschluss der Sitzung haben.

   1.4 Aufzeichnung der gewohnheitsmäßigen Ernährung: Die aktuelle Nahrungsaufnahme wird über ein automatisiertes Online-Ernährungsaufzeichnungssystem (ASA24) bewertet. Die Teilnehmer erhalten ihren individuellen und privaten Benutzernamen und ihr Passwort. Sie werden gebeten, drei aufeinanderfolgende Tage (2 Wochentage, 1 Wochenendtag) aufzuzeichnen. Da es sich um ein Online-System handelt, können sie die Schulung nach Belieben außerhalb des Standorts durchführen.

   1.5 Planung: Vor dem Verlassen des Labors legen die Teilnehmer und das Forschungsteam einen Termin für den ersten Infusionsversuch fest (mindestens 7 Tage nach der Voruntersuchung). Darüber hinaus stellt das Forschungsteam den Teilnehmern eine standardisierte Mahlzeit zur Verfügung, die sie am Abend vor der ersten Infusion zu sich nehmen können, und weist sie an, 72 und 24 Stunden vor Beginn der ersten Studie auf anstrengende körperliche Betätigung und Alkoholkonsum zu verzichten. Vor dem Verlassen des Labors wird den Teilnehmern außerdem ein Snack angeboten.

2. Infusionsversuche

2.1 Vorbereitung: Mindestens 7 Tage nach dem Vortest oder der vorherigen Infusion werden die Teilnehmer gebeten, für einen Infusionsversuch ins Labor zurückzukehren. Am Morgen jeder Infusion kommen die Teilnehmer am Morgen im Labor an, nachdem sie über Nacht gefastet haben (ca. 10 Stunden lang keine kalorienhaltigen Nahrungsmittel/Getränke konsumiert haben) und 72 bzw. 24 Stunden lang auf anstrengende körperliche Betätigung und Alkoholkonsum verzichtet haben. Drei Tage vor jedem Versuch werden die Teilnehmer gebeten, ihre Nahrungsaufnahme über ein automatisiertes, selbstverwaltetes (24-Stunden-)Ernährungsaufzeichnungssystem (ASA24) online aufzuzeichnen.

2.2 Infusion stabiler Isotope: Bei der Ankunft im Labor liegen die Teilnehmer auf dem Rücken auf einem Klinikbett, bevor ihnen ein intravenöser Katheter in eine dorsale Hand- oder Armvene eingeführt wird. Es werden nicht mehr als vier Versuche unternommen, den Katheter zu platzieren. Nach der Blutentnahme zu Beginn wird eine Grunddosis L-[Ring-13C6]Phenylalanin (2 μmol/kg) verabreicht, bevor mit einer kalibrierten Infusionspumpe eine konstante Infusion (0,05 μmol/kg/min) eingeleitet wird. Die in diesem Experiment verwendeten stabilen Isotopen-Aminosäure-Tracer sind nicht radioaktiv und völlig sicher. Diese stabilen Isotope reichern den Aminosäurepool im Körper an und ermöglichen es uns, die Einbaurate von Aminosäuren in das Gewebe zu bestimmen. Die Vorbereitung der Tracer für die intravenöse Verabreichung erfolgt in einer sterilen Umgebung unter einer Laminar-Flow-Haube, die speziell für die Herstellung von Tracern bestimmt ist, und in Übereinstimmung mit den Richtlinien der Good Manufacturing Practices.

2.3 Blutentnahme: Nach Beginn der Infusion wird ein zweiter intravenöser Katheter auf der kontralateralen Seite in einer Hand- oder Armvene platziert, um eine wiederholte Blutentnahme zu ermöglichen. Blutproben werden 12 Mal während der ersten Infusion und 10 Mal während der zweiten Infusion entnommen. Zu Zeitpunkten, die mit den Biopsiezeiten (-150, -30 und 300 Minuten) zusammenfallen, werden etwa 16 ml gesammelt (7 ml Plasma, 7 ml Serum und etwa 2 ml Abfall). Zu allen anderen Zeitpunkten (-210, -90, 0, 30, 60, 90, 120, 180 und 240 Minuten) werden ca. 9 ml gesammelt (7 ml Plasma und ca. 2 ml Abfall). Somit beträgt das während der ersten und zweiten Infusion gesammelte Gesamtvolumen ~129 ml bzw. ~104 ml. Das Blut wird mithilfe eines Leur-Lok-Zugangsgeräts, das an einen 4-Wege-Absperrhahn angeschlossen ist, in evakuierten Röhrchen gesammelt. Zwischen den Zügen wird der Katheter mit einem Salzlösungstropfen bei niedriger Geschwindigkeit (~60 cm³/h) durchgängig gehalten.

2.4 Muskelentnahme: Insgesamt werden fünf Muskelbiopsien entnommen (drei als Teil der 1. Infusion und zwei während der 2. Infusion). Bei der Biopsie wird ein kleines Stück Muskelgewebe mit einer sterilen Hohlnadel (Bergström-Nadel) entnommen und von Dr. Nicholas Burd unter der Leitung von Dr. Jared Willard durchgeführt. Die Teilnehmer ruhen auf einem Bett und der Bereich für die Biopsie wird bei Bedarf rasiert. Anschließend wird der Bereich mit 4 % Chlorhexidingluconat sterilisiert, bevor 5 ml Lokalanästhetikum (2 % Xylocain mit 1:100.000 Adrenalin) unter besonderer Vorsicht subkutan injiziert werden, um eine Infiltration des Muskels zu vermeiden. Sobald das Anästhetikum aktiv ist (ca. 10 Minuten), macht Dr. Burd einen kleinen Einschnitt (ca. 4–5 mm) in die Haut, um eine Öffnung zu schaffen, durch die die Biopsienadel zur Gewebeentnahme eingeführt werden kann. Dr. Burd schneidet schnell ein kleines Stück Muskel ab (ca. 50–100 mg; etwa so groß wie ein normaler Radiergummi) und entfernt die Nadel aus dem Bein des Probanden. Während der Probenentnahme (ca. 30 Sekunden) können die Probanden ein tiefes Druckgefühl in ihrem Bein verspüren. Unter den Oberschenkel des Teilnehmers wird ein steriles Einwegtuch gelegt und für alle Biopsieverfahren werden sterile Handschuhe verwendet.

Nach Abschluss der Biopsie übt ein geschultes Mitglied des Forschungsteams mit steriler Gaze Druck aus, bis die Blutung aufhört (mindestens 10 Minuten). Anschließend wird die Einschnittstelle mit Schmetterlingsnähten (Steri-Strips) verschlossen und anschließend ein Verband angelegt. Über dem Verband wird ein elastischer Druckverband angelegt, um das Risiko von Blutergüssen zu minimieren. Anschließend werden die Teilnehmer angewiesen, die Schmetterlingsstiche und den Druckverband 96 bzw. 24 Stunden lang auf der Wunde zu belassen.

Dem Teilnehmer wird ein „Biopsie-Pflegeset“ (beschrieben in Abschnitt 10.1/Biopsie-Pflegeset) zur Verfügung gestellt, um den Schnitt nach Verlassen des Labors ordnungsgemäß zu pflegen. Ein Mitglied des Forschungsteams wird die Teilnehmer am Tag nach der Studie kontaktieren, um den Heilungsprozess zu überprüfen.

2.5 Widerstandstraining und Nahrungsaufnahme: Unmittelbar nach Abschluss der zweiten Biopsie im ersten Infusionsversuch und nach Abschluss der ersten Biopsie im zweiten Versuch beginnen die Teilnehmer mit dem Aufwärmen für eine akute Widerstandsübung. Zu Beginn radeln die Teilnehmer 5 Minuten lang in einem selbst gewählten Tempo auf einem Standard-Fahrradergometer. Anschließend beginnen die Teilnehmer mit dem Widerstandstraining. Die Teilnehmer absolvieren einen Aufwärmsatz mit ca. 60 % ihres Zehn-Wiederholungs-Maximums (10RM), gemessen bei vorläufigen Tests, gefolgt von 4 Sätzen mit 10–12 Wiederholungen bei ca. 90 % 10RM mit 1–3 Minuten Pause zwischen den Sätzen für beide Beinstreckungen und Beinstrecken Beinpresse. Die Teilnehmer werden die Belastung, Sätze und Wiederholungen der ersten Infusion während ihres zweiten Versuchs anpassen.

Unmittelbar nach der Abschlussübung kehren die Teilnehmer in den Aufgussraum zurück, um ihre Mahlzeit zu sich zu nehmen. Während ihrer ersten Infusion werden die Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip entweder 246 g im Handel erhältlichem Reis und schwarzen Bohnen (~610 kcal; ~20 g Protein, ~127 g Kohlenhydrate) oder ein isokalorisches und isostickstoffhaltiges Getränk aus kristallisierten Aminosäuren und Maltodextrin zu sich nehmen. Während ihres zweiten Versuchs werden die Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, um die verbleibende Krankheit zu konsumieren.

Im Handel erhältlicher Reis und schwarze Bohnen werden unmittelbar vor dem Verzehr am Tag des Aufgussversuchs getrennt gekocht und gemischt. Die Mahlzeit wird gemäß der Mindestinnentemperatur des USDA auf eine Innentemperatur von mindestens 160 °F gegart, um lebensmittelbedingte Krankheiten zu verhindern.