Muskelnachwachsen während der körperlichen Rehabilitation und Aminosäureergänzung

Das Ziel dieses translationalen Forschungsprojekts ist es, Schlüsselmechanismen zu identifizieren, die an der Regulierung des Skelettmuskelverlusts und des Nachwachsens nach Knietotalendoprothetik (TKA) beteiligt sind. Die totale Knieendoprothetik führt zu einem signifikanten Rückgang der Muskelmasse und -kraft, was direkt für die reduzierte Funktion, insbesondere die funktionelle Unabhängigkeit, verantwortlich ist. Ein solcher Rückgang der Muskelkraft und des Volumens sowie der Aktivitäten des täglichen Lebens (Aufstehen von einem Stuhl, Treppensteigen und Gehen) kann bis zu 2 Jahre andauern.

Atrophie ist die direkte Folge eines Ungleichgewichts zwischen Muskelproteinsynthese und -abbau. Es gibt jedoch zwei ganz unterschiedliche Mechanismen, die zu Muskelabbau führen: beschleunigter Proteinabbau (z. Verbrennungsverletzung), hauptsächlich resultierend aus der Stressreaktion oder verminderter Proteinsynthese (z. B. Immobilisierung). Bei starkem Stress steigt die Muskelproteinsynthese sogar an, wenn auch nicht ausreichend, um den Muskelabbau zu verhindern, und anabole Reize wie die Ernährung können dem Muskelschwund nicht entgegenwirken. Andererseits kann eine verringerte Proteinsynthese durch Inaktivität durch Ernährung und Bewegung stimuliert werden, wodurch Atrophie reduziert oder verhindert wird. Derzeit wissen wir nicht, welche Bedingung nach TKA vorherrscht: chirurgisch stressinduzierter Katabolismus oder immobilitätsbedingter Rückgang der Synthese. Nicht bekannt ist, welcher Signalweg nach TKA dominiert; stressinduzierter Katabolismus oder mit Immobilität verbundene Abnahmen der Synthese. Unser Ziel ist es, zu bestimmen, welches Modell (Stress oder Inaktivität) für den akuten und schnellen Muskelverlust nach TKA verantwortlich ist, um die Rehabilitationsbemühungen besser zu fokussieren.

Unsere allgemeine Hypothese ist, dass Quadrizepsatrophie nach TKA-Operation hauptsächlich auf Inaktivität zurückzuführen ist, der durch Physiotherapie (PT) und Supplementierung mit essentiellen Aminosäuren (EAA) entgegengewirkt werden kann. Unser Ziel ist es, die grundlegenden Mechanismen zu beschreiben, die dem Muskelverlust bei TKA zugrunde liegen, und auf der Grundlage dieser neuen Informationen neue Rehabilitationsstrategien zu finden, um die Wiederherstellung der normalen Funktion nach TKA zu beschleunigen.

Daher ist unser Plan, bei älteren Erwachsenen die folgende spezifische Hypothese zu testen:

1. TKA induziert einen akuten und schweren Nettoproteinkatabolismus, indem es die Muskelproteinsynthese reduziert
2. Der TKA-induzierte Katabolismus wird durch die Einnahme von EAA abgeschwächt
3. Die EAA-Supplementierung nach PT stimuliert die Muskelproteinsynthese und die mTOR-Signalgebung in einem größeren Ausmaß als PT mit Placebo
4. Die EAA-Ergänzung während der TKA-PT-Rehabilitation verbessert die Muskelkraft, das Muskelvolumen und die funktionellen Ergebnisse in einem größeren Ausmaß als die PT mit Placebo

Um unsere spezifische Hypothese zu testen, werden wir die folgenden spezifischen Ziele ansprechen:

1. Um festzustellen, ob eine TKA-Operation die Muskelproteinsynthese reduziert und/oder den Muskelproteinabbau erhöht
2. Um zu bestimmen, ob die Muskelproteinsynthese durch die Einnahme von EAA nach einer TKA-Operation akut erhöht wird
3. Um festzustellen, ob die Muskelproteinsynthese und die mTOR-Signalgebung durch die PT-Rehabilitation stimuliert und durch die EAA-Supplementierung verbessert werden
4. Bestimmung, ob die EAA-Ergänzung während TKA mit herkömmlicher PT für 6 Wochen Muskelkraft, Muskelvolumen und funktionelle Ergebnisse verbessert nach TKA. Essentielle Aminosäuren sind preiswert, gut verträglich und leicht verdaulich und stimulieren nachweislich unabhängig voneinander die Muskelproteinsynthese und Komponenten des anabolen mTOR-Signalwegs. Mein Ziel, die Muskelkraft und funktionelle Mobilität zu steigern, ist in den sieben Prioritätsbereichen des National Center for Medical Rehabilitation Research ausdrücklich umrissen und steht im Einklang mit der NIH-Roadmap und den Prioritäten und wird uns helfen, den Muskelproteinstoffwechsel während der Physiotherapie-Rehabilitation zu verstehen. Durch die Annahme eines mechanismusgesteuerten, translationalen Forschungsdesigns, das Änderungen in der Zellsignalisierung mit funktionellen Ergebnismessungen (Zelle → System → Funktion) verknüpft, werden wir wichtige physiologische Ereignisse erfassen, die für die Regulierung von Muskelmasse und -funktion nach TKA verantwortlich sind.