Lihasten kasvu fyysisen kuntoutuksen ja aminohappolisän aikana

Tämän translaatiotutkimusprojektin tavoitteena on tunnistaa keskeiset mekanismit, jotka säätelevät luustolihasten häviämistä ja kasvua polven kokonaisartroplastian (TKA) jälkeen. Polven kokonaisartroplastia aiheuttaa merkittävää lihasmassan ja -voiman laskua, mikä on suoraan vastuussa heikentyneestä toiminnasta, erityisesti toiminnallisesta riippumattomuudesta. Tällainen lihasvoiman ja -volyymin heikkeneminen ja päivittäisten toimintojen (tuolista nouseminen, portaiden kiipeäminen ja kävely) voivat jatkua jopa 2 vuotta.

Atrofia on suora seuraus lihasproteiinisynteesin ja hajoamisen välisestä epätasapainosta. On kuitenkin olemassa kaksi aivan erillistä mekanismia, jotka johtavat lihasten menettämiseen: kiihtynyt proteiinien hajoaminen (esim. palovamma), joka johtuu ensisijaisesti stressivasteesta tai vähentyneestä proteiinisynteesiä (esim. immobilisaatiosta). Vakavassa stressissä lihasproteiinisynteesi itse asiassa lisääntyy, vaikkakaan ei riittävästi estämään lihasten menetystä, ja anaboliset ärsykkeet, kuten ravitsemus, eivät voi estää lihasten surkastumista. Toisaalta passiivisuudesta johtuvaa proteiinisynteesin vähentymistä voidaan stimuloida ravinnolla ja liikunnalla, mikä vähentää tai ehkäisee surkastumista. Tällä hetkellä emme tiedä, mikä tila on vallitseva TKA:n jälkeen: kirurgisen stressin aiheuttama katabolia vai liikkumattomuuteen liittyvä synteesin heikkeneminen. Ei tiedetä, mikä signalointireitti on vallitseva TKA:n jälkeen; stressin aiheuttamaa kataboliaa tai liikkumattomuuteen liittyvää synteesin heikkenemistä. Tavoitteenamme on selvittää, mikä malli (stressi tai passiivisuus) selittää TKA:n jälkeisen akuutin ja nopean lihaskadon, jotta kuntoutustyöt voidaan kohdentaa paremmin.

Yleinen hypoteesimme on, että TKA-leikkauksen jälkeinen nelipäisen lihasten surkastuminen johtuu ensisijaisesti passiivisuudesta, jota voidaan torjua fysioterapialla (PT) ja välttämättömillä aminohapoilla (EAA). Tavoitteenamme on hahmotella TKA:n lihashäviön taustalla olevat perusmekanismit ja tämän uuden tiedon pohjalta löytää uusia kuntoutusstrategioita, jotka nopeuttavat normaalin toiminnan palautumista TKA:sta.

Siksi suunnitelmamme on testata vanhemmilla aikuisilla seuraavaa erityistä hypoteesia:

1. TKA indusoi akuutin ja vakavan nettoproteiinikatabolian vähentämällä lihasproteiinisynteesiä
2. TKA:n aiheuttama katabolia vaimenee EAA:n nauttimisen myötä
3. PT:n jälkeinen EAA-lisä stimuloi lihasproteiinisynteesiä ja mTOR-signalointia enemmän kuin PT lumelääkkeellä
4. EAA-lisähoito TKA PT -kuntoutuksen aikana parantaa lihasvoimaa, lihasmäärää ja toiminnallisia tuloksia enemmän kuin PT lumelääkkeellä

Tarkastellaksemme erityistä hypoteesiamme tarkastelemme seuraavia erityistavoitteita:

1. Sen määrittämiseksi, vähentääkö TKA-leikkaus lihasproteiinisynteesiä ja/tai lisääkö lihasproteiinien hajoamista
2. Sen määrittämiseksi, lisääntyykö lihasproteiinisynteesi äkillisesti EAA:n nauttimisen myötä TKA-leikkauksen jälkeen
3. Sen määrittämiseksi, stimuloidaanko PT-kuntoutus lihasproteiinisynteesiä ja mTOR-signalointia ja tehostetaanko EAA-lisäys
4. Sen määrittäminen, parantaako EAA-lisäys TKA:n aikana perinteisellä PT:llä 6 viikon ajan lihasvoimaa, lihasmäärää ja toiminnallisia tuloksia Tämä sovellus tarjoaa alustavia tietoja R01-apurahaa varten, jotta voidaan määrittää tarkemmin mekanismit, jotka johtavat nelipäisen lihasten voiman ja toiminnan onnistuneeseen palautumiseen seuraa TKA:ta. Välttämättömät aminohapot ovat halpoja, hyvin siedettyjä ja helposti sulavia, ja niiden on osoitettu itsenäisesti stimuloivan lihasproteiinisynteesiä ja anabolisen mTOR-signalointireitin komponentteja. Tavoitteeni lisätä lihasvoimaa ja toiminnallista liikkuvuutta on hahmoteltu erityisesti National Center for Medical Rehabilitation Researchin seitsemässä painopistealueessa ja ovat NIH:n tiekartan ja prioriteettien mukaisia ​​ja auttavat meitä ymmärtämään lihasproteiinien aineenvaihduntaa fysioterapiakuntoutuksen aikana. Ottamalla käyttöön mekanismivetoisen translaation tutkimussuunnitelman, joka yhdistää muutokset solujen signaloinnissa toiminnallisiin tulosmittauksiin (solu → järjestelmä → toiminta), saamme talteen tärkeimmät fysiologiset tapahtumat, jotka ovat vastuussa lihasmassan ja toiminnan säätelystä TKA:n jälkeen.