Efectos del Déficit Energético Agudo y el Ejercicio Aeróbico en la Calidad Muscular

Justificación de la investigación:

Las estrategias de pérdida de peso que utilizan únicamente la restricción de energía pueden conducir a un deterioro de la masa muscular, lo que también puede afectar aún más la salud de las personas con afecciones metabólicas, como los diabéticos tipo 2. La masa y la función del músculo esquelético son clave para mantener un metabolismo saludable y una calidad de vida a lo largo de la vida. La combinación de ejercicio y restricción calórica es una poderosa intervención para reducir el peso corporal y mejorar el metabolismo y el estado de salud de las personas sanas, con sobrepeso y obesas. Los investigadores han demostrado previamente que la síntesis de proteínas del músculo esquelético se reduce con la restricción de energía y que el ejercicio de resistencia puede revertir este efecto negativo. El ejercicio de tipo aeróbico también tiene la capacidad de estimular la síntesis de proteínas musculares y mejorar la calidad del músculo al aumentar la síntesis de proteínas mitocondriales. No obstante, no está bien caracterizado cómo el déficit de energía superpuesto al ejercicio aeróbico modula la calidad del músculo esquelético. Además, los estudios existentes solo han analizado la síntesis de proteínas mixtas (no específicas) de diferentes compartimentos intracelulares sin proporcionar detalles sobre cómo se regula la síntesis de proteínas para proteínas específicas.

Este proyecto proporcionará datos novedosos para desentrañar los mecanismos detrás del efecto positivo de la restricción energética y el ejercicio aeróbico concomitante en la calidad del músculo esquelético.

El ejercicio aeróbico solo es una intervención bien establecida para aumentar la capacidad mitocondrial y la función del músculo esquelético, pero el efecto sobre el músculo esquelético de superponer la restricción de energía mientras se realiza ejercicio aeróbico no está bien caracterizado. Hallazgos recientes en monos Rhesus, cuya fisiología responde de manera muy similar a la de los humanos, han demostrado que la restricción calórica de por vida tiene un profundo efecto positivo en el músculo esquelético. Estos hallazgos muestran que la restricción calórica no solo mantiene el contenido contráctil del músculo, sino que también rescata la disminución relacionada con la edad del contenido y la capacidad mitocondrial del músculo esquelético. Sin embargo, la actividad física en este estudio no fue controlada y pareció ser mayor en el grupo de restricción calórica, lo que representa un importante factor de confusión. La investigación en humanos que aborda preguntas similares hasta ahora ha sido menos clara. La pérdida de peso pronunciada a través de la restricción de energía sola (10% del peso corporal total en ~7.5 semanas) en mujeres obesas conduce a una disminución en el contenido mitocondrial muscular. En marcado contraste, el uso de una restricción más leve del 25% de la energía total sola o combinada con ejercicio durante 6 meses en individuos con sobrepeso mostró una mayor expresión de genes que codifican proteínas mitocondriales en ambos grupos. Sin embargo, a pesar de estos hallazgos prometedores que sugieren que la pérdida de peso combinada con el ejercicio mejorará el metabolismo del músculo esquelético, actualmente no hay datos sólidos que respalden el uso concomitante de la restricción energética y el ejercicio aeróbico con un análisis profundo de sus efectos fisiológicos y moleculares. Inhumanos.

El estudio propuesto en este documento incluirá un breve período de ejercicio estrictamente controlado e ingesta dietética para demostrar que el déficit de energía durante la realización de ejercicio aeróbico produce más beneficios para la adaptación metabólica muscular. El proyecto actual se basa en los hallazgos de investigación anteriores y recientes del investigador para abordar directamente esta pregunta. Esta investigación ha demostrado que el ejercicio de fuerza durante un déficit de energía diario del 30% rescata la disminución en la síntesis de proteínas miofibrilares mixtas (inespecíficas) observada con el déficit de energía solo. Además, la investigación del investigador ha demostrado que el ejercicio aeróbico regula al alza proteínas específicas en las mitocondrias del músculo esquelético en roedores; que el perfil de gotas de lípidos del músculo esquelético responde al ejercicio y la nutrición; que la nutrición modula la respuesta celular al ejercicio aeróbico y, lo que es más importante; que el ejercicio aeróbico después de un déficit de energía a corto plazo (~14 horas) puede regular al alza los marcadores de biogénesis mitocondrial en el músculo esquelético y mejorar el control metabólico en humanos.

Objetivos e Hipótesis:

La principal pregunta de investigación asociada con este estudio es: "¿Cuál es el efecto combinado de un déficit de energía y el entrenamiento con ejercicios aeróbicos sobre la calidad muscular (tasas de síntesis de proteínas individuales, sarcoplásmicas y mitocondriales) y la dinámica de los lípidos intramusculares durante un período de cinco días en personas sanas?" ¿machos?

Otros objetivos:

1. Identificar los mecanismos por los cuales un déficit de energía a corto plazo (logrado a través de la restricción energética y el ejercicio concomitantes) puede regular el recambio de proteínas musculares individuales (síntesis, descomposición y abundancia), la dinámica de los lípidos intramusculares, los metabolitos y el contenido de glucógeno muscular durante la pérdida de peso.
2. Proporcionar evidencia novedosa de la capacidad de una dieta basada en papa como una fuente efectiva de nutrientes para promover adaptaciones metabólicas y musculares esqueléticas positivas durante la pérdida de peso.

Hipótesis del estudio:

La restricción de energía a corto plazo con ejercicio aeróbico concomitante aumentará la calidad y cantidad de las proteínas del músculo esquelético relacionadas con la capacidad mitocondrial, mejorará el perfil de gotas de lípidos intracelulares del músculo esquelético y modulará los marcadores de salud metabólica transmitidos por la sangre en comparación con el ejercicio sin déficit de energía.

Métodos de estudio:

Los participantes primero realizarán pruebas de caracterización (detalladas a continuación), seguidas de una evaluación de referencia de 5 días (días -5 a -1) y dos períodos consecutivos de 5 días de ejercicio controlado para aumentar la capacidad oxidativa (3 días de ejercicio aeróbico por período, 15 kcal/kg FFM/día gasto energético corriendo) e ingesta energética (15 días en total, con sesión de test el día 16 por la mañana). Con ello se conseguirán estados de balance energético (EB; disponibilidad energética - EA - 45 kcal/kg de masa libre de grasa (FFM)/día), necesarios para el mantenimiento del peso (días 1 - 5), seguidos de déficit energético (ED; EA 10 kcal/kg FFM/día), requerido para la pérdida de peso en los días 6 - 10. Este diseño experimental, así como la ingesta y el gasto de energía, replica lo que los investigadores han usado previamente para determinar con éxito otros efectos fisiológicos de la disfunción eréctil en el músculo esquelético. Cinco días de EB y EA permitirán un control estricto de la ingesta dietética y serán suficientes para detectar cambios en los principales parámetros que se investigan.

Las pruebas de caracterización de los participantes se realizarán unos 15 días antes del inicio de la evaluación inicial para determinar el cumplimiento de los criterios de inclusión, los niveles de condición física (consumo máximo de oxígeno y umbral de lactato [a través de muestras capilares por punción digital]) y la composición corporal. En la evaluación inicial, se tomará una biopsia de un músculo en reposo del vasto lateral (cuádriceps), antes de la ingestión del marcador óxido de deuterio (D2O) durante los siguientes 15 días para permitir el perfil proteómico dinámico del músculo esquelético. Se tomarán un total de 4 biopsias por participante, lo cual está en línea con la investigación previa del investigador. La evaluación de referencia se utiliza para el enriquecimiento de D2O para el análisis de perfiles proteómicos dinámicos y para garantizar que la actividad física regular de las personas coincida con los requisitos del estudio. A lo largo de cada período experimental de 5 días, las biopsias musculares (días -5, 1, 6 y 11), las muestras de saliva diarias (no estimuladas, recolectadas en el hogar) y las muestras de sangre venosa regulares (días -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 y 11) se recopilarán para la evaluación del perfil proteómico dinámico, el perfil de gotas de lípidos específicos del tipo de fibra, el glucógeno del músculo esquelético y D2O, y las hormonas y metabolitos transmitidos por la sangre relacionados con la pérdida de peso. La tasa metabólica en reposo (RMR; evaluada mediante calorimetría indirecta) y la evaluación de la composición corporal se realizarán mediante exploraciones de absorciometría dual de rayos X (DXA) en los días -5, 1, 6 y 11 de la intervención. También se utilizará el análisis de impedancia bioeléctrica (BIA) para evaluar la composición corporal en cada visita al laboratorio (días -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 y 11).

Intervenciones dietéticas y balance energético:

La dieta seguirá la ingesta diaria de referencia de nutrientes para proporcionar ~60, 20 y 20% de energía de carbohidratos, grasas y proteínas, respectivamente. De acuerdo con los requisitos de financiación, el porcentaje de energía total procedente de fuentes basadas en patatas será >60 % durante EB y >65 % durante ED. Las papas se cocinarán en una variedad de formas diferentes que no agregan una cantidad significativa de energía, como hervidas, en el microondas, al horno, etc.

Manipulación de la disponibilidad de energía:

La disponibilidad de energía (EA), que se define como la ingesta de energía menos el gasto de energía del ejercicio, normalizado a masa libre de grasa, se utiliza como un parámetro clave para determinar el balance de energía. Los investigadores son los primeros en demostrar que los valores inferiores a 30 kcal/kg/FFM pueden modular las respuestas del músculo esquelético, lo que está en línea con otras investigaciones sobre una variedad de respuestas metabólicas a la EA. Con base en esta investigación reciente, que usó 20 kcal/kg FFM/día durante ~14 hs, la intervención actual inducirá un déficit de energía más pronunciado por más tiempo. La ingesta energética promedio durante los 5 días para un participante promedio de 85 kg (70 kg FFM) será de 3780 kcal/día para EB y 1330 kcal/día para ED. Esto logrará un déficit de energía acumulado aproximado de 12250 kcal durante el período de 5 días, lo que dará como resultado una pérdida de aproximadamente ~1,5 kg de masa corporal del tejido neto, dado que se necesitan ~7450 kcal para perder 1 kg de tejido neto. La pérdida de agua representará ~1 kg adicional de la pérdida de peso corporal, que será consecuencia de una disminución en las reservas endógenas de carbohidratos (glucógeno), a las que se une el agua, así como de la fluctuación del agua debido a los cambios de sodio. El glucógeno del músculo esquelético también es un regulador de los aspectos cualitativos del músculo y también será investigado.

Asignaturas. Una población normal permitirá a los investigadores determinar las respuestas fisiológicas a esta intervención. Diez hombres jóvenes (18-40 años) saludables que hacen ejercicio regularmente con un porcentaje de grasa corporal ~18-26%.

Calidad:

Los investigadores asociados con este estudio y asociados con la revisión del protocolo del estudio son todos miembros del personal (o un estudiante de doctorado) dentro del Instituto de Investigación de Ciencias del Deporte y el Ejercicio de la Universidad John Moores de Liverpool (RISES). En el RISES 2014 (LJMU) presentó 34,75 FTE (equivalente a tiempo completo) a la Unidad de Evaluación 26 (UoA26) y obtuvo un GPA (promedio de calificaciones) de 3,57. Ubicado en segundo lugar en GPA en la UoA, RISES se convirtió en el centro líder en calidad de investigación en ciencias del deporte y el ejercicio en el Reino Unido (4 * - 61 % de toda la actividad líder en el mundo, 3 * - 36 % de toda la actividad con un estándar internacional excelente). RISES presentó el mayor volumen de resultados 4* (n=60) en la UoA, tuvo el 90 % de la actividad de impacto calificada con 4* y el 100 % del entorno calificado con 4*. Es importante destacar que, de 1.911 presentaciones en los 36 RISES de UoA, ocupó el puesto 11 en todo el Reino Unido para el GPA logrado en REF2014, colocando a RISES (LJMU) entre Oxford, UCL, LSE y Cambridge en las tablas de clasificación para esta métrica.