Entrenamiento de precisión de alta intensidad a través de la epigenética (PHITE) (PHITE)

Descripción general:

El ejército de EE. UU. se basa en el entrenamiento físico para aumentar y mantener la preparación de la fuerza. En este estudio, planteamos la hipótesis de que la modificación epigenética es un mecanismo primario por el cual las prescripciones de entrenamiento de ejercicio físico específico traducen el genotipo del guerrero en un fenotipo de combate. Nuestro objetivo con este programa es triple. Vamos a (1) identificar metodologías de entrenamiento que modifican las respuestas epigenéticas; (2) caracterizar la regulación epigenética de los procesos, vías y mecanismos fisiológicos asociados con el entrenamiento físico de intensidad moderada y alta, y (3) producir biomarcadores en tiempo real del rendimiento cardiorrespiratorio y neuromuscular que predicen los resultados del entrenamiento físico. Satisfaceremos estos objetivos a través de los siguientes seis proyectos de investigación:

I. Fenotipado de la dosis-respuesta al ejercicio

1. Determinar el efecto de la intensidad del ejercicio sobre el rendimiento neuromuscular y cardiorrespiratorio
2. Evaluar el impacto del fenotipo inicial previo al entrenamiento en la capacidad de respuesta aguda y la adaptabilidad a diferentes regímenes de ejercicio de intensidad
3. Determinar el efecto de la intensidad del ejercicio sobre los mecanismos que regulan el metabolismo de las proteínas musculares, la hipertrofia de miofibras y la capacidad oxidativa muscular

II. Biomarcadores genéticos y epigenéticos de rendimiento en tiempo real

1. Identificar miRNA muscular que se expresa diferencialmente en respuesta a diferentes intensidades de ejercicio
2. Identificar miARN circulante derivado de músculo que se expresa diferencialmente en respuesta a diferentes intensidades de ejercicio
3. Potencial atlético individual del genotipo para la optimización de biomarcadores

IV. Firmas epigenómicas del desempeño humano

1. Identificar y correlacionar los cambios de metilación inducidos por el ejercicio en la sangre y los músculos
2. Vincule funcionalmente los cambios en las firmas de expresión génica y los resultados fisiológicos
3. Definir firmas epigenéticas inducidas por receptores nucleares en tejidos metabólicamente activos

V. Modificaciones de histonas inducidas por ejercicio y remodelación de cromatina

1. Perfil de modificación de histonas y firmas de uso de subunidades de histonas
2. Evaluar la cromatina como plataforma de integración de señales para la estabilidad a largo plazo

VI. Epigenómica Integrativa

1. Categorizar el rendimiento de referencia y los sujetos del grupo
2. Caracterizar cambios epigenéticos en respuesta a variadas intensidades de ejercicio.
3. Desarrollar modelos de pronóstico a partir de biomarcadores de rendimiento de miARN

4. Desarrolle modelos de redes reguladoras epigenéticas usando Deep Belief Networks

   La UAB inscribirá a hombres y mujeres saludables y sin entrenamiento que se parezcan al soldado estadounidense. Participan en un ensayo de entrenamiento de respuesta a la dosis de ejercicio que dura aproximadamente 12 semanas.

   Hay 2 prescripciones de ejercicio asignadas al azar: MOD - 3 días a la semana en cinta rodante o cicloergómetro estacionario, combinado con 2 días a la semana de entrenamiento de resistencia; HI - 3 días a la semana de entrenamiento en intervalos de alta intensidad similar al entrenamiento táctico militar de alta intensidad, combinado con entrenamiento de resistencia de alta intensidad 2 días a la semana.

   El rendimiento físico se evalúa pre-entrenamiento, medio-entrenamiento y post-entrenamiento. Además, se evalúa la composición corporal antes y después del entrenamiento. Las biopsias musculares y las extracciones de sangre se realizan antes y después del entrenamiento, y las muestras se envían a sitios de estudio adicionales para evaluaciones específicas.

   Reclutamiento:

   Los participantes son reclutados a través de anuncios aprobados por el IRB.

   Consentimiento informado:

   Una vez que se identifica a un individuo; cumple con los criterios de inclusión/exclusión (preselección); y expresa interés en el estudio, un miembro del equipo de investigación proporciona a la persona un formulario de consentimiento para la revisión. Un miembro del equipo hace un seguimiento con la persona para explicarle mejor el estudio y brindarle al posible participante la oportunidad de hacer cualquier pregunta. Si la persona decide participar, se programa la visita inicial. Se le anima a hacer más preguntas antes de dar su consentimiento informado por escrito.

   Procedimientos de participantes:

   Régimen de ejercicio MOD: 3 días a la semana de ejercicio de resistencia al 70 % de la frecuencia cardíaca de reserva durante 30 minutos en una bicicleta estacionaria o caminadora, combinado con ejercicio de resistencia en 2 de los 3 días. La prescripción del entrenamiento de resistencia involucra 3 series x 10-14 repeticiones para cada movimiento, con 1 minuto de descanso entre series. Los movimientos incluyen prensa de piernas o sentadillas, extensión de rodillas, prensa de pecho, prensa de cabeza, remo sentado, jalón hacia abajo con agarre ancho, abdominales, elevación de talones, empuje de tríceps hacia abajo, curl de bíceps. Las cargas de resistencia progresan cuando se logran 14 repeticiones para 2 de 3 series. La frecuencia cardíaca se controla a lo largo de cada sesión.

   Régimen de ejercicio HI: 3 días a la semana de ejercicio en intervalos de máxima intensidad, combinado con ejercicio de resistencia en 2 de los 3 días. En lugar de ejercicios de resistencia de intensidad moderada, los participantes de este grupo realizan 10 intervalos de alta intensidad (30 segundos de trabajo, 30 segundos de descanso) que incluyen saltos de caja, burpees, saltos divididos en cuclillas, cambios de pesas rusas, carreras de ciclismo, cuerdas de batalla, pelota de pared , salsas, etc La prescripción del entrenamiento de resistencia involucra 3 series x 8-10 repeticiones para los mismos movimientos que MOD, pero con superseries de dos movimientos. Las cargas de resistencia progresan cuando se logran 10 repeticiones para 2 de 3 series. Los períodos de descanso son de 30 a 45 segundos entre superseries. La frecuencia cardíaca se controla a lo largo de cada sesión.

   Exploración DXA: el procedimiento de absorciometría de rayos X de energía dual (DXA) para determinar la composición corporal (músculo, grasa, hueso) implica una exposición menor a los rayos X. La DXA se realizará en las semanas 0 y 12. La dosis efectiva de exposición es comparable a 4 horas de exposición al sol.

   Prueba de embarazo en orina: todas las mujeres que han tenido al menos un ciclo menstrual se someten a una prueba de embarazo en orina en la evaluación inicial y antes de cada examen DEXA. A todas las mujeres que han tenido al menos un ciclo menstrual se les hacen preguntas relacionadas con su ciclo menstrual. Debido a que los niveles hormonales pueden tener un impacto significativo en el análisis de muestras biológicas, la serie de ejercicio agudo con colecciones de sangre y músculo después del período de intervención se programará para que ocurra en la misma fase del ciclo menstrual que la serie de ejercicio de respuesta aguda previa al entrenamiento.

   Muestreo de músculo: se recolecta un total de 7 muestras de músculo mediante biopsia percutánea del músculo con aguja del vasto lateral usando procedimientos establecidos:

   3 recopilados antes y después de la primera serie de ejercicios de respuesta aguda en el estado previo al entrenamiento (preejercicio, 3 h posejercicio, 24 h posejercicio); 3 recolectados antes y después de la serie de ejercicio de respuesta aguda en el estado post-entrenamiento (pre-ejercicio, 3 h post-ejercicio, 24 h post-ejercicio);

   1 recogido en una visita de seguimiento 4 semanas después de la finalización del período de intervención.

   Muestreo de sangre: se recolecta un total de 9 muestras de sangre mediante venopunción utilizando procedimientos establecidos:

   4 recolectados antes y después de la primera serie de ejercicio de respuesta aguda en el estado pre-entrenamiento (pre-ejercicio, 15 min post-ejercicio, 3 h post-ejercicio, 24 h post-ejercicio); 3 recolectados antes y después de la serie de ejercicio de respuesta aguda en el estado post-entrenamiento (pre-ejercicio, 15 min post-ejercicio, 3 h post-ejercicio, 24 h post-ejercicio);

   1 recogido en una visita de seguimiento 4 semanas después de la finalización del período de intervención.

   Evaluaciones de rendimiento del ejercicio: fuerza máxima de 1 repetición (1RM) en movimientos de la parte superior e inferior del cuerpo, capacidad aeróbica máxima (VO2máx) en un cicloergómetro, prueba de potencia anaeróbica de Wingate, potencia muscular máxima de los extensores de la rodilla usando un dinamómetro controlado por computadora y Las pruebas de salto vertical se realizan antes y después del período de intervención. También se realizan algunas pruebas de rendimiento a mitad de la intervención (aproximadamente en la semana 6).

   Ingesta dietética: la ingesta dietética se controlará mediante un recordatorio validado de 24 horas en las semanas 0 y 12.

   Seguro de calidad:

   Sesiones de ejercicio: Los sujetos serán cuidadosamente instruidos en los métodos adecuados y serán monitoreados continuamente. Todas las sesiones de ejercicio se realizan bajo la supervisión total de personal experimentado y certificado [Especialista certificado en fuerza y ​​acondicionamiento (Asociación nacional de fuerza y ​​acondicionamiento) y/o Especialista certificado en ejercicio (Colegio estadounidense de medicina deportiva)].

   Recolección de muestras biológicas: todas las biopsias musculares y extracciones de sangre son realizadas por personal clínico y de investigación capacitado y profesional que tiene experiencia y está certificado localmente.

   Escaneos DXA: Todos los escaneos DXA son realizados por técnicos capacitados en la UAB.

   Pruebas genéticas: las pruebas genéticas de las muestras se vincularán a una identificación de participante única que no identificará a un participante de ninguna manera. Los enlaces a la información de salud personal se mantienen seguros en el sitio clínico (UAB).

   La investigación será realizada por personal bien capacitado y experimentado que será identificado por el IRB antes de trabajar en este estudio.

   PI será el responsable final de la supervisión de datos y seguridad: (i) Mantener todos los documentos del estudio actualizados y disponibles para su inspección por parte del patrocinador, el IRB de la UAB y otros revisores autorizados; (ii) Asegurar que se sigan los mecanismos apropiados para proteger la seguridad de los participantes del estudio; (iii) Asegurar el cumplimiento de los requisitos del protocolo; y (iv) Garantizar que los datos sean precisos, completos y seguros. Todos los documentos relacionados con la realización del estudio serán archivados por los PI.

   Aunque esta prueba no cumple con los requisitos para una Junta de Monitoreo de Datos y Seguridad, seguiremos un Plan de Monitoreo de Datos y Seguridad proactivo como se describe a continuación.

   1. Revisiones semanales en las reuniones del equipo de investigadores/personal de las notas de progreso de contratación, actualizaciones/informes de las instalaciones del ejercicio, los laboratorios y el personal de gestión de datos, y los datos disponibles recientemente.
   2. Revisión trimestral de los IP de seguridad y análisis de datos intermedios.
   3. Revisión anual realizada por el IRB de la UAB.
   4. Revisión semestral de la seguridad del paciente por parte del equipo de estudio.

   Todos los eventos adversos no graves se documentarán y se entregará un resumen al IRB de la UAB a intervalos predeterminados (al menos una vez al año). Cualquier SAE se informará al IRB de la UAB dentro de los 3 días posteriores a su descubrimiento. Los informes agregados de AA/SAE se entregarán al patrocinador según lo dispuesto. Si ocurre un EA (grave o no grave), el PI será notificado inmediatamente. Dependiendo del evento, el seguimiento puede requerir pruebas adicionales o procedimientos médicos según lo indicado, y/o derivación a un especialista. Los médicos del estudio tomarán tales decisiones. Según el tipo de AE/SAE, los PI pueden optar por interrumpir el estudio del sujeto. Los PI serán los responsables últimos de evaluar cada EA en relación con el protocolo, la gravedad y la expectativa, cualquier impacto en la relación riesgo-beneficio y si se necesitan modificaciones al documento de consentimiento informado y/o al protocolo. Los IP también tendrán la responsabilidad de determinar si el protocolo debe suspenderse hasta que se realicen modificaciones satisfactorias; sin embargo, la autoridad final en tales casos recaerá en el IRB de la UAB.