Apoptosis del Músculo Esquelético y Rendimiento Físico; Daño y reparación del ARN/ADN oxidativo en el músculo humano envejecido

Objetivos específicos:

Objetivo específico 1. Determinar el grado de apoptosis muscular durante el envejecimiento en controles jóvenes sanos y en sujetos mayores de alto y bajo funcionamiento. Los investigadores plantean la hipótesis de que el nivel observado de apoptosis de las células musculares está asociado con la discapacidad física. Los investigadores reclutarán una cohorte de diez sujetos de control jóvenes (de 20 a 35 años). Los investigadores también reclutarán y estratificarán una cohorte de cuarenta ancianos (de 70 a 99 años de edad) en dos categorías distintas mediante criterios establecidos en función de su nivel de rendimiento físico. Los sujetos con una puntuación de rendimiento resumida ≥ 11 en la Batería de rendimiento físico breve (SPPB) (66) se considerarán de alto funcionamiento. Por el contrario, los sujetos con una puntuación de rendimiento resumida ≤ 7 se considerarán de bajo funcionamiento. Además del SPPB, los investigadores también realizarán la prueba de fuerza de prensión manual y la prueba isocinética del extensor de la rodilla, e implementarán imágenes de resonancia magnética (IRM) 3D para cuantificar con precisión el área contráctil del cuádriceps. Los investigadores obtendrán una biopsia muscular de cada sujeto para determinar la gravedad de la apoptosis mediante análisis bioquímicos e histológicos (ver Métodos). La discapacidad se evaluará mediante un cuestionario de autoinforme. Por lo tanto, los investigadores determinarán el grado de apoptosis muscular y podrán correlacionar esto con el nivel de discapacidad física y la masa muscular.

Objetivo específico 2. Esclarecer el papel de la poli(ADP-ribosa) polimerasa 1 (PARP-1) y el factor inductor de la apoptosis (AIF) en la inducción de la apoptosis en el músculo esquelético humano. Los investigadores plantean la hipótesis de que la pérdida de células observada debido a la apoptosis se relaciona principalmente con un mecanismo independiente de la caspasa. Los investigadores han demostrado recientemente que la activación de la vía de apoptosis independiente de la caspasa mitocondrial puede desempeñar un papel más importante que la vía dependiente de la caspasa en la contribución a la muerte celular nuclear (67). Además, los investigadores plantean la hipótesis de que la vía de apoptosis PARP-1/AIF podría estar involucrada en el proceso de desgaste muscular relacionado con la edad. Los investigadores evaluarán cuantitativamente PARP-1 y AIF y correlacionarán estas medidas con el grado de apoptosis muscular.

Objetivo Específico 3. Evaluar el papel de la disfunción mitocondrial y el fallo energético en la apoptosis muscular, la sarcopenia y la discapacidad. Los investigadores plantean la hipótesis de que la disfunción mitocondrial y la producción reducida resultante de trifosfato de adenosina (ATP) están causalmente relacionadas con la sarcopenia, posiblemente al desencadenar el programa de apoptosis. Se ha estimado que la producción media de ATP en el músculo cuádriceps de sujetos humanos mayores es aproximadamente el 50 % de la de sujetos más jóvenes (68), y se ha postulado que la falta de energía podría desencadenar la apoptosis (58). De acuerdo con estos hallazgos, los investigadores descubrieron recientemente que en el músculo gastrocnemio de ratas, el contenido de ATP y la tasa de producción de ATP disminuyeron en ~50% con la edad (59). Los investigadores evaluarán cuantitativamente el contenido de ATP de los miocitos junto con enzimas metabólicas mitocondriales clave, a saber, citrato sintasa, citocromo-c-oxidasa (COX), ATPasa y aconitasa. Los investigadores correlacionarán estos parámetros con el nivel de apoptosis y con medidas de rendimiento físico, discapacidad y masa muscular.

Objetivo Específico 4. Correlacionar cambios en la función física y masa muscular con la apoptosis muscular y parámetros bioquímicos en el seguimiento (estudio longitudinal). Después de 4 años, los sujetos del grupo de alto rendimiento serán reevaluados en cuanto a la tasa de apoptosis muscular, la actividad de PARP-1 y AIF y la producción de energía. Los investigadores correlacionarán estos parámetros con medidas de rendimiento físico y masa muscular evaluados por IRM, así como con la discapacidad autoinformada. Por lo tanto, los investigadores podrán correlacionar directamente una disminución eventual en el rendimiento físico, la masa muscular y el estado funcional a esta edad tan avanzada con cambios en la apoptosis muscular y en los parámetros bioquímicos.

Plan de investigación:

Usando un diseño transversal (edad 20-35 y 70-99 años), los investigadores cuantificarán el nivel de apoptosis en el músculo vastus lateralis en una población sana (consulte los criterios de inclusión/exclusión). La apoptosis de células posmitóticas insustituibles puede ser un mecanismo importante en el desarrollo de la sarcopenia y no se ha investigado en humanos sanos con la edad. Una variedad de enfermedades crónicas han documentado casos de apoptosis en el músculo esquelético humano; es decir, enfermedades pulmonares crónicas (69,70) y pacientes con insuficiencia cardíaca (69,71,72). Sin embargo, es esencial establecer niveles básicos de apoptosis en seres humanos relativamente sanos antes de pasar a condiciones más complejas, como enfermedades y fragilidad. Además, los investigadores determinarán la fuerza de los extensores de la rodilla, el volumen de miocitos, el espacio extracelular y el dominio mionuclear (área/núcleo transversal del músculo) mediante la cuantificación del número de núcleos dentro de un área transversal del músculo. Este objetivo específico establecerá los niveles de referencia de la apoptosis y evaluará las medidas estándar para evaluar la sarcopenia.

Diseño del estudio. Para lograr nuestros objetivos, los investigadores proponen dos estudios separados pero complementarios.

1. Con el fin de obtener información sobre los cambios del potencial de apoptosis con la edad y su contribución a la masa muscular y la pérdida de fuerza, los investigadores cuantificarán el nivel de apoptosis en el músculo vasto lateral en jóvenes (edad 20-35 años; N = 20), sujetos mayores de alto funcionamiento (edad 70-99 años; N = 25) y ancianos de bajo funcionamiento (edad 70-99 años; N = 20). Se realizará una biopsia muscular y una resonancia magnética para cuantificar el área contráctil del cuádriceps en los participantes del estudio. La fuerza muscular se evaluará mediante la prueba de fuerza de prensión manual y la prueba isocinética de extensores de rodilla.
2. Los datos preliminares sobre la contribución de la apoptosis del músculo esquelético a la sarcopenia, la pérdida de la función física en la edad avanzada se recopilarán mediante la cuantificación de la extensión de la apoptosis muscular en el músculo vasto lateral de edad avanzada (edad 70-99 años), alto funcionamiento (N = 25 ) y sujetos con bajo funcionamiento (N = 20), junto con medidas de masa muscular (IRM), fuerza muscular (prueba de agarre manual y extensión de rodilla) y rendimiento físico general (batería corta de rendimiento físico, SPPB (67)). Además, los investigadores recopilarán datos preliminares sobre el papel de la apoptosis impulsada por mitocondrias en la atrofia muscular y la pérdida funcional en la vejez.

Se administrará un breve examen físico a todos los participantes del estudio y se registrarán los principales signos biológicos (peso corporal, altura de pie, temperatura corporal, presión arterial y pulso). También se administrará un cuestionario básico sobre el historial de salud de los participantes.

Después de cuatro años, los participantes mayores serán reevaluados para el rendimiento físico, el estado funcional de la masa muscular (IRM), la apoptosis muscular y los parámetros bioquímicos. La discapacidad también se evaluará mediante un cuestionario de discapacidad de autoinforme. Con el fin de obtener información sobre los cambios en el rendimiento físico y el estado funcional con el tiempo y para maximizar la retención, se programará una visita anual empleando SPPB, agarre manual y extensor de rodilla para los participantes mayores.