Knochenreaktion auf körperliche Betätigung und Energieeinschränkung bei jungen Erwachsenen

Einführung: Das Skelettsystem dient einer Vielzahl von Zwecken wie der Bereitstellung struktureller Unterstützung, Fortbewegung, Schutz und mehr. Um diese Funktionen aufrechtzuerhalten, muss die Knochenstärke aufrechterhalten werden. Der Prozess, bei dem älterer, mikrogeschädigter Knochen durch neueren, gesünderen Knochen ersetzt wird, wird als Knochenumbau bezeichnet. Der Knochenumbau beinhaltet das Gleichgewicht/die Kopplung von Knochenresorption und Knochenbildung. Mechanische Belastung ist die Stärke der Belastung, die auf den Knochen ausgeübt wird, die den Knochenumbau stimuliert, was die Knochenmineraldichte (BMD) bestimmt und das Knochenwachstum fördert (Olmedillas et al. 2011). Daher konzentriert sich die Humanforschung über die Determinanten von Knochenwachstum und -stärke auf zwei gemeinsame Faktoren, Bewegung und Ernährung. Obwohl Radfahren, eine überwiegend aerobe Übung, für die kardiovaskuläre Fitness außergewöhnlich ist, wird allgemein in Frage gestellt, ob es eine ausreichende mechanische Belastung für die Knochen darstellt. Bisher ist die Literatur zum Radfahren und seinen Auswirkungen auf die Knochen widersprüchlich und begrenzt. Eine unzureichende Energieaufnahme kann die Knochenmineraldichte auch über eine Verringerung des Knochenmineralgehalts beeinflussen. Es ist bekannt, dass Energieeinschränkung den insulinähnlichen Wachstumsfaktor 1 (IGF-1) reduziert, der eine wichtige Rolle bei der Knochenbildung spielt 5. Es wurde festgestellt, dass eine akute Energieeinschränkung mit der Nahrung von einem Ungleichgewicht des Knochenumbaus mit reduzierter Knochenbildung begleitet wird, was ist besonders gefährlich bei Aerobic-Sportarten, die viel Energie verbrauchen, wie z. B. Radfahren. Viele Profi- und Meisterradfahrer werden als osteopenisch eingestuft (Medelli et al. 2000). Insbesondere weibliche Radfahrer haben signifikant niedrigere Ganzkörper-BMD-Werte und eine geringere Knochenfestigkeit als männliche Radfahrer (Olmedillas et al. 2011). Darüber hinaus ist bekannt, dass Radsportlerinnen unter Energiemangel (niedrige Kalorienaufnahme) leiden, wobei die durchschnittliche Energieaufnahme 85 % der empfohlenen Tagesdosis (Recommended Dietary Allowance, RDA) beträgt. Daher ist es wichtig zu verstehen, ob Radfahren eine schlechte Trainingsform für die Knochengesundheit ist oder ob die Energieeinschränkung allein oder in Kombination mit dem Radfahren das eigentliche Problem darstellt.

Ziel: Ziel dieser Studie ist es zu untersuchen, ob eine kurzzeitige Energieeinschränkung zu Veränderungen der Entzündungsmarker, des oxidativen Stresses, des Knochenumsatzes im Ruhezustand und als Reaktion auf Radfahren bei jungen Erwachsenen führt. Insbesondere wird die Studie die Veränderungen der zirkulierenden Knochenmarker im Ruhezustand und nach einem 45-minütigen Lauf mit geringer Belastung (Radfahren) sowohl vor als auch nach einer Woche eingeschränkter Energieaufnahme untersuchen.

Methoden: Fünfzehn gesunde Männer und Frauen im Alter von 20 bis 25 Jahren werden zur Teilnahme an dieser Studie eingeladen, die einen Kontrollversuch und zwei Trainingsversuche im Abstand von einer Woche umfasst. Frauen erhalten monophasische orale Kontrazeptiva. Während der Kontrollstudie werden die Teilnehmer über den Zweck und die Verfahren informiert, füllen einen Fragebogen zum Screening von Übungen aus und geben 4 Ruheblutproben ab. Eine Woche später führen die Teilnehmer den ersten Übungsversuch mit einer 45-minütigen Spinning-Sitzung durch. Nach dem ersten Versuch werden die Teilnehmer eine Woche lang eine vorher festgelegte energiearme Diät (25 % ihrer gewohnten Ernährung) einhalten, an deren Ende sie den zweiten Versuch nach demselben Radfahrprotokoll durchführen. Zwischen dem ersten und letzten Besuch erhalten die Teilnehmer ein Fitbit, um ihre Aktivität (Schritte, Herzfrequenz, Teilnahme an körperlicher Aktivität) und Ernährungsgewohnheiten in einem Ernährungsprotokoll zu überwachen. Um die Ernährung konsistent und standardisiert zu halten, werden die Teilnehmer auch gebeten, ihre gewohnheitsmäßige Nahrungsaufnahme während der Kontrollwoche mit der „Eat This Much“-App aufzuzeichnen, die einen Gesamtportionsplan und eine 25-prozentige Kalorienrestriktion für die Interventionswoche bereitstellt . Somit spiegelt die Interventionsdiät die Kontrolldiät in Bezug auf die Art der konsumierten Lebensmittel wider, wobei der Unterschied in der konsumierten Menge liegt. Es gibt keine Beschränkung in Bezug auf Wasser, aber Getränke werden gemäß dem Gesamtplan für die Kalorienzufuhr beschränkt , 1h und 24h). Das Blut wird zentrifugiert und das Serum abgetrennt, aliquotiert und dann bis zur Analyse 8 bei -80 °C gelagert. Das Serum wird auf biochemische Marker des Knochenumsatzes (z. B. Osteocalcin, knochenspezifische alkalische Phosphatase [BAP]; Osteoprotegerin [OPG]) und Knochenresorption (C-Telopeptide des Typ-I-Kollagens [CTX]; Rezeptoraktivator des Nuklearfaktor-κB-Liganden [RANKL], Sclerostin), um die Auswirkungen der Energieeinschränkung auf den Knochen im Ruhezustand und als Reaktion auf Belastung zu bewerten. Metabolische und oxidative Stressmarker, entzündliche Zytokine, Adipokine, Wachstumsfaktoren und Hormone werden ebenfalls bewertet, um mögliche vermittelnde Wirkungen zu untersuchen.

Auswirkungen: Diese innovative Arbeit hat das Potenzial, bedeutende Fortschritte beim Verständnis der Auswirkungen von Energieeinschränkung und Radfahren auf die Knochengesundheit zu erzielen. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden auf das Verständnis des Gewebewachstums und der Gewebeentwicklung in Reaktion auf körperliche Betätigung und Unterernährung übertragbar sein.