¿Puede la leucina suplementaria compensar la atrofia muscular inducida por desuso? (LEU-DIMA)

Está bien establecido que la masa muscular esquelética disminuye progresivamente con el envejecimiento saludable, un fenómeno comúnmente denominado sarcopenia. Con el tiempo, esto conduce a una pérdida de la independencia funcional y proporciona un mayor riesgo de desarrollar una comorbilidad. Estimaciones recientes sugieren que el 30% de las personas de 75 a 84 años sufren de sarcopenia. A medida que la población de 85 años o más crece rápidamente, la sarcopenia impone una carga socioeconómica considerable a los servicios de atención médica. Desde una perspectiva fisiológica, el mantenimiento de la masa muscular depende de un buen equilibrio entre las tasas de síntesis de proteínas musculares (MPS) y descomposición (MPB). En la vejez, la respuesta de MPS a la nutrición se ve afectada (lo que se denomina "resistencia anabólica"), dejando al músculo en un estado catabólico crónico y, en última instancia, apuntalando la progresión de la sarcopenia.

La resistencia anabólica muscular asociada con la edad puede provenir de una acumulación de períodos de inactividad/desuso, que están fuertemente asociados con una disminución de la masa muscular (atrofia) tanto en los jóvenes como en los mayores. De hecho, la pérdida de masa muscular asociada es la más rápida al inicio del desuso muscular, con disminuciones significativas en la masa muscular que ocurren después de solo 5 días de desuso. Esto es de particular importancia ya que la duración promedio de la hospitalización en personas mayores es de 5 a 6 días. El desacondicionamiento muscular inducido por desuso se atribuye a la disminución de MPS en respuesta a la nutrición y, potencialmente, a una MPB elevada. Por lo tanto, la acumulación de estos períodos de desuso a lo largo de la vida puede conducir a una aceleración en la trayectoria de la sarcopenia que se observa comúnmente con el envejecimiento. En consecuencia, las estrategias nutricionales para maximizar el envejecimiento musculoesquelético saludable deben centrarse en aliviar la desregulación metabólica muscular durante el desuso a corto plazo.

Un enfoque para contrarrestar el deterioro muscular durante el desuso a corto plazo es aumentar el consumo de proteínas en la dieta. De hecho, la ingesta adecuada de proteínas es una necesidad para que el músculo se mantenga en un balance proteico neto positivo, aumentando la importancia de esta intervención nutricional durante los períodos de desuso. Sin embargo, este enfoque no siempre es factible ya que los niveles de actividad son más limitados durante los períodos de desuso y, por lo tanto, es menos probable que las personas consuman una ingesta nutricional adecuada. Un enfoque más factible puede ser mejorar la potencia anabólica de las dosis subóptimas de proteínas mediante la suplementación con el aminoácido leucina. La leucina es única en su capacidad para aumentar el equilibrio de proteínas más que cualquier otro aminoácido a través de la estimulación de MPS y la supresión de MPB. La leucina proporciona un fuerte efecto anticatabólico durante la inmovilización de las patas traseras en ratas, que aún no se ha examinado en humanos. Por lo tanto, está claro que la leucina representa una estrategia viable para compensar la desregulación de MPS y MPB y preservar la salud musculoesquelética durante el desuso a corto plazo tanto en personas jóvenes como mayores y, por lo tanto, justifica una mayor investigación.

Participantes:

Veinticuatro hombres sanos (no obesos, no diabéticos, no fumadores) de 18 a 35 años de edad serán reclutados para participar en el estudio. El estudio actual será un estudio doble ciego controlado con placebo con dos grupos de intervención, en el que los participantes serán asignados al azar para recibir suplementos de leucina (LEU; n=12) o placebo (PLA; n=12) durante 7 días de tratamiento unilateral. inmovilización de piernas. Los participantes estarán activos, pero atléticamente sin entrenamiento (es decir, ejercicio ≤3x/semana). Todos los procedimientos del estudio se explicarán claramente y los participantes darán su consentimiento informado por escrito antes de obtener las medidas de referencia.

Inscripción:

Los participantes serán invitados a la Facultad de Ciencias del Deporte, el Ejercicio y la Rehabilitación de la Universidad de Birmingham. A su llegada, un investigador involucrado en el ensayo explicará el diseño del estudio y las intervenciones al participante. Los participantes tendrán la oportunidad de hacer cualquier pregunta relacionada con el estudio y se les dará tiempo para decidir si participan o no. Si el participante está feliz de participar, se le pedirá que firme un formulario de consentimiento y complete un cuestionario de salud. Cuando el participante se haya ido, el participante se clasificará al azar en el grupo de leucina o placebo. Se les pedirá a los participantes que completen un diario de dieta de tres días para evaluar la ingesta dietética habitual.

Evaluaciones preliminares:

Después de la explicación del estudio y la adquisición del consentimiento informado, los participantes se presentarán en el laboratorio entre las 08:00 y las 09:00 horas, habiendo ayunado durante 10 horas y absteniéndose de ejercicio vigoroso y alcohol durante las 24 horas previas. La función muscular inicial de los participantes se adquirirá a través de medidas de fuerza isométrica e isocinética máxima de los músculos extensores y flexores de la rodilla utilizando un dinamómetro isocinético. Después de las pruebas de fuerza, los investigadores proporcionarán a las personas un diario de dieta de tres días y un monitor de actividad. Tres días después de las medidas de fuerza de referencia, los participantes volverán a presentarse en el laboratorio entre las 08.00 y las 09.00 h tras un ayuno nocturno de 10 h. Los participantes serán pesados ​​en una balanza digital con una precisión de 0,1 kg con ropa ligera. Se realizará una absorciometría dual de rayos X (DXA) y ecografías para determinar la composición del muslo (masa grasa y libre de grasa).

Inmovilización:

A las 08:00-09:00 h de la mañana siguiente a las evaluaciones preliminares, los participantes se someterán a 7 días de inmovilización unilateral de la pierna. Se seleccionará al azar una sola pierna (contrabalanceada izquierda/derecha) y se colocará una rodillera de pierna completa. Los participantes deambularán con muletas y realizarán ejercicios diarios de tobillo para minimizar el riesgo de trombosis venosa profunda, según lo indique un fisioterapeuta calificado. A los participantes también se les permitirá quitarse la rodillera durante el sueño nocturno. Un fisioterapeuta capacitado instruirá al participante sobre el uso seguro de muletas (es decir, subir escaleras). Durante cada comida principal en el período de inmovilización, los participantes consumirán 5 g de un suplemento de LEU o PLA en polvo con 250-300 ml de agua, que está dentro de los límites seguros. La ingesta dietética se controlará durante todo el período de inmovilización de acuerdo con la ingesta calórica total del individuo (derivada de ecuaciones estandarizadas), con una composición de macronutrientes de 55 % de carbohidratos, 30 % de grasas y 15 % de proteínas. La cantidad total de proteína ingerida equivaldrá a 1,0 g/kg/día. Los niveles de actividad del participante serán monitoreados a lo largo del período de 7 días a través de un monitor de actividad en la muñeca.

Ensayos experimentales:

En la mañana que marca el final del período de inmovilización de 7 días, los participantes se presentarán en el laboratorio entre las 06:00 y las 07:00 h después de una noche en ayunas. Se repetirán las evaluaciones de ultrasonido y DXA, inmediatamente después de lo cual se insertará un catéter en una vena del antebrazo de ambos brazos para i) muestras de sangre frecuentes a -150, -90, 0, 20, 40, 60, 80, 120, 180, 240 minutos de la prueba experimental (~100 ml en total) y ii) una infusión continua de un trazador de aminoácidos de isótopo estable (L- [anillo] 13C6 fenilalanina). Los participantes permanecerán en posición supina durante todo el ensayo. Después de 150 min de infusión, se obtendrá una biopsia muscular del músculo cuádriceps de las piernas inmovilizadas y no inmovilizadas bajo anestesia local. Luego, los participantes consumirán una bebida de proteína de leche de 20 g. Se obtendrán más biopsias de ambas piernas después de 270 minutos y 390 minutos de infusión. Por lo tanto, se obtendrá un total de 6 biopsias musculares invasivas durante la prueba (3 de cada pierna), y cada biopsia se obtendrá de una incisión separada con una separación de ∼3 cm. Este diseño de infusión de isótopos estables en dos etapas permite una evaluación eficiente de MPS en la transición de condiciones postabsortivas (0-120 min) a postprandiales (120-240 min). La fuerza de las piernas se volverá a evaluar un día después de la infusión de isótopos estables a las 08:00-09:00 h después de un ayuno de 10 h para evitar cualquier efecto de interferencia de la contracción previa en el recambio de proteínas musculares.

Análisis de los datos:

Para calcular la síntesis de proteínas miofibrilares y mitocondriales, los investigadores adoptarán técnicas sofisticadas típicas de espectrometría de masas para determinar el enriquecimiento de trazadores isotópicos en plasma y proteínas musculares aisladas por biopsia. Las "señales anabólicas" intramusculares (en la vía mTORC1) y las señales "catabólicas" se determinarán mediante análisis de Western blot y q-rtPCR. La respirometría de alta resolución también se utilizará para evaluar la función mitocondrial del tejido muscular esquelético aislado por biopsia tanto en las extremidades de control como en las inmovilizadas.