Nuevo crecimiento muscular durante la rehabilitación física y la suplementación con aminoácidos

El objetivo de este proyecto de investigación traslacional es identificar los mecanismos clave implicados en la regulación de la pérdida y regeneración del músculo esquelético después de una artroplastia total de rodilla (ATR). La artroplastia total de rodilla induce una disminución significativa de la masa y la fuerza muscular, lo que es directamente responsable de la función reducida, específicamente la independencia funcional. Tales disminuciones en la fuerza y ​​el volumen muscular y en las actividades de la vida diaria (levantarse de una silla, subir escaleras y caminar) pueden persistir hasta por 2 años.

La atrofia es el resultado directo de un desequilibrio entre la síntesis y la descomposición de las proteínas musculares. Sin embargo, hay dos mecanismos bastante distintos que conducen a la pérdida de masa muscular: degradación acelerada de proteínas (p. lesión por quemadura), principalmente como resultado de la respuesta al estrés, o disminución de la síntesis de proteínas (p. ej., inmovilización). En caso de estrés severo, la síntesis de proteínas musculares en realidad aumenta, aunque no lo suficiente como para impedir la pérdida de masa muscular, y los estímulos anabólicos, como la nutrición, no pueden contrarrestar la atrofia muscular. Por otro lado, la disminución de la síntesis de proteínas por la inactividad puede estimularse mediante la nutrición y el ejercicio, reduciendo o previniendo así la atrofia. Actualmente, no sabemos qué condición predomina después de la ATR: catabolismo inducido por estrés quirúrgico o disminución de la síntesis asociada a la inmovilidad. Lo que no se sabe es qué vía de señalización predomina después de la ATR; el catabolismo inducido por el estrés o la inmovilidad asociada a la disminución de la síntesis. Nuestro objetivo es determinar qué modelo (estrés o inactividad) explica la pérdida muscular aguda y rápida después de la ATR para poder enfocar mejor los esfuerzos de rehabilitación.

Nuestra hipótesis general es que la atrofia del cuádriceps después de la cirugía TKA se debe principalmente a la inactividad, que puede contrarrestarse con fisioterapia (PT) y suplementos de aminoácidos esenciales (EAA). Nuestro objetivo es delinear los mecanismos básicos que subyacen a la pérdida muscular con la ATR y, en base a esta nueva información, encontrar nuevas estrategias de rehabilitación para acelerar la recuperación de la función normal de la ATR.

Por lo tanto, nuestro plan es probar en adultos mayores la siguiente hipótesis específica:

1. La ATR induce un catabolismo proteico neto agudo y grave al reducir la síntesis de proteínas musculares
2. El catabolismo inducido por TKA se atenúa con la ingestión de EAA
3. La suplementación con EAA después del PT estimulará la síntesis de proteínas musculares y la señalización de mTOR en mayor medida que el PT con placebo
4. La suplementación con EAA durante la rehabilitación de TKA PT mejorará la fuerza muscular, el volumen muscular y los resultados funcionales en mayor medida que el PT con placebo

Para probar nuestra hipótesis específica abordaremos los siguientes objetivos específicos:

1. Para determinar si la cirugía TKA reduce la síntesis de proteínas musculares y/o aumenta la degradación de proteínas musculares
2. Determinar si la síntesis de proteínas musculares aumenta de forma aguda con la ingestión de EAA después de la cirugía TKA
3. Determinar si la síntesis de proteínas musculares y la señalización de mTOR serán estimuladas por la rehabilitación de PT y mejoradas por la suplementación con EAA
4. Para determinar si la suplementación con EAA durante la TKA con PT tradicional durante 6 semanas mejora la fuerza muscular, el volumen muscular y los resultados funcionales. Esta aplicación proporcionará datos preliminares para la presentación de una subvención R01 para determinar aún más los mecanismos que conducen al retorno exitoso de la fuerza y ​​la función muscular del cuádriceps. después de ATR. Los aminoácidos esenciales son económicos, bien tolerados y fáciles de digerir y se ha demostrado que estimulan de forma independiente la síntesis de proteínas musculares y los componentes de la vía de señalización anabólica de mTOR. Mi objetivo de aumentar la fuerza muscular y la movilidad funcional se describe específicamente en las siete áreas prioritarias del Centro Nacional para la Investigación de Rehabilitación Médica y está en línea con la hoja de ruta y las prioridades de los NIH, y nos ayudará a comprender el metabolismo de las proteínas musculares durante la rehabilitación con fisioterapia. Al adoptar un diseño de investigación traslacional impulsado por un mecanismo que vincula los cambios en la señalización celular con medidas de resultados funcionales (célula → sistema → función), capturaremos eventos fisiológicos clave responsables de la regulación de la masa muscular y la función después de la ATR.