Precision High Intensity Training Through Epigenetics (PHITE) (PHITE)

Yleiskatsaus:

Yhdysvaltain armeija luottaa fyysiseen harjoitteluun lisätäkseen ja ylläpitääkseen joukkojen valmiutta. Tässä tutkimuksessa oletamme, että epigeneettinen modifikaatio on ensisijainen mekanismi, jolla tietyt fyysisen harjoittelun harjoitusmääräykset muuntavat sotahävittäjän genotyypin sodantaistelufenotyypiksi. Tavoitteemme tällä ohjelmalla on kolminkertainen. Me (1) tunnistamme koulutusmenetelmiä, jotka muokkaavat epigeneettisiä vasteita; (2) luonnehtia fysiologisten prosessien epigeneettistä säätelyä, polkuja ja mekanismeja, jotka liittyvät kohtalaiseen ja korkean intensiteetin fyysiseen harjoitteluun, ja (3) tuottaa reaaliaikaisia ​​kardiorespiratorisen ja hermo-lihassuorituksen biomarkkereita, jotka ennustavat fyysisen harjoittelun tuloksia. Saavutamme nämä tavoitteet seuraavien kuuden tutkimusprojektin avulla:

I. Harjoitusannos-vasteen fenotyyppi

1. Selvitä harjoituksen intensiteetin vaikutus hermo-lihas- ja kardiorespiratoriseen suorituskykyyn
2. Arvioi lähtötilanteen, harjoittelua edeltävän fenotyypin vaikutus akuuttiin vastekykyyn ja sopeutumiskykyyn eri intensiteetin harjoitusohjelmiin
3. Selvitä harjoituksen intensiteetin vaikutus mekanismeihin, jotka säätelevät lihasproteiinien aineenvaihduntaa, myofiber hypertrofiaa ja lihasten oksidatiivista kapasiteettia

II. Reaaliaikaiset geneettiset ja epigeneettiset suorituskyvyn biomarkkerit

1. Tunnista lihaksen miRNA, joka ilmentyy eri tavalla vasteena vaihteleviin harjoitusintensiteetteihin
2. Tunnista kiertävä lihasperäinen miRNA, joka ilmentyy eri tavalla vasteena vaihteleviin harjoituksen intensiteetteihin
3. Genotyypin yksilöllinen urheilullinen potentiaali biomarkkerien optimointiin

IV. Ihmisen suorituskyvyn epigenomiset allekirjoitukset

1. Tunnista ja korreloi harjoituksen aiheuttamia metylaatiomuutoksia veressä ja lihaksessa
2. Yhdistä funktionaalisesti muutokset geeniekspression allekirjoituksissa ja fysiologisissa tuloksissa
3. Määrittele tumareseptorin aiheuttamat epigeneettiset allekirjoitukset metabolisesti aktiivisissa kudoksissa

V. Harjoituksen aiheuttamat histonimodifikaatiot ja kromatiinin uusiutuminen

1. Profiilin histonin modifikaatio ja histonialayksiköiden käytön allekirjoitukset
2. Arvioi kromatiini signaalin integrointialustana pitkän aikavälin vakauden saavuttamiseksi

VI. Integroiva epigenomiikka

1. Luokittele perussuorituskyky ja ryhmittele aiheita
2. Kuvaile epigeneettisiä muutoksia vasteena erilaisiin harjoituksen intensiteetteihin
3. Kehitä ennustemalleja suorituskyvyn miRNA-biomarkkereista

4. Kehitä epigeneettisiä säätelyverkkomalleja Deep Belief Networksin avulla

   UAB ottaa mukaan terveitä, kouluttamattomia miehiä ja naisia, jotka muistuttavat Yhdysvaltain sotilasta. He osallistuvat harjoitusannosvasteharjoituskokeeseen, joka kestää noin 12 viikkoa.

   On olemassa 2 satunnaisesti määrättyä harjoitusohjetta: MOD - 3 päivää viikossa juoksumatolla tai pyöräergometrillä, yhdistettynä 2 päivää viikossa vastusharjoitteluun; HI - 3 päivää viikossa korkean intensiteetin intervalliharjoittelu, joka muistuttaa sotilaallista korkean intensiteetin taktista koulutusta, yhdistettynä korkean intensiteetin vastusharjoitteluun 2 päivää viikossa.

   Fyysistä suorituskykyä arvioidaan ennen harjoittelua, harjoituksen aikana ja harjoituksen jälkeen. Lisäksi kehon koostumus arvioidaan ennen harjoittelua ja sen jälkeen. Lihasbiopsiat ja verikoeet tehdään ennen harjoittelua ja sen jälkeen akuuteissa rasitusvasteissa, ja näytteet lähetetään muihin tutkimuskohteisiin erityisiä arviointeja varten.

   Rekrytointi:

   Osallistujat rekrytoidaan IRB:n hyväksymien ilmoitusten kautta.

   Tietoinen suostumus:

   Kun henkilö on tunnistettu; täyttää sisällyttäminen/poissulkemiskriteerit (esitarkastus); ja ilmaisee kiinnostuksensa tutkimukseen, tutkimusryhmän jäsen antaa henkilölle suostumuslomakkeen arvioitavaksi. Ryhmän jäsen seuraa henkilöä selittääkseen tutkimusta tarkemmin ja antaakseen mahdolliselle osallistujalle mahdollisuuden esittää kysymyksiä. Jos henkilö päättää osallistua, hänelle sovitaan ensikäynti. Häntä rohkaistaan ​​esittämään lisäkysymyksiä ennen kirjallisen tietoisen suostumuksen antamista.

   Osallistujamenettelyt:

   MOD-harjoitusohjelma - 3 päivää viikossa kestävyysharjoitusta 70 %:n sykereservillä 30 minuutin ajan kiinteässä syklissä tai juoksumatolla yhdistettynä vastusharjoitukseen 2 päivänä kolmesta. Vastusharjoitteluohje sisältää 3 sarjaa x 10-14 toistoa jokaista liikettä kohden, 1 minuutin tauko sarjojen välillä. Liikkeitä ovat jalkapunnerrus tai kyykky, polven ojennus, rintapunnerrus, yläpunnerrus, istuinrivi, leveä ote alasveto, vatsalihas, kantapään nosto, tricepsin painallus, hauiskiharat. Vastuskuormitukset etenevät, kun 14 toistoa saavutetaan kahdella kolmesta sarjasta. Sykettä seurataan jokaisen harjoituksen ajan.

   HI-harjoitusohjelma - 3 päivää viikossa maksimiintensiteetin intervalliharjoitusta yhdistettynä vastusharjoitukseen 2 päivänä kolmesta. Keskitehoisen kestävyysharjoittelun sijaan tämän ryhmän osallistujat suorittavat 10 korkean intensiteetin intervallia (30 s työtä, 30 s lepoa), mukaan lukien laatikkohyppyjä, burpeeja, kyykkyhyppyjä, keinuja, pyöräilysprinttejä, taisteluköysiä, seinäpalloa. , dipit jne. Vastusharjoitteluohje sisältää 3 sarjaa x 8-10 toistoa samoilla liikkeillä kuin MOD, mutta kahden liikkeen supersarjoilla. Vastuskuormitukset etenevät, kun 10 toistoa on saavutettu kahdella kolmesta sarjasta. Lepoajat ovat 30-45 sekuntia supersarjojen välillä. Sykettä seurataan jokaisen harjoituksen ajan.

   DXA-skannaus – Kaksoisenergiaröntgenabsorptiometria (DXA) -menettely kehon koostumuksen (lihas, rasva, luu) määrittämiseksi sisältää vähäisen altistuksen röntgensäteilylle. DXA suoritetaan viikoilla 0 ja 12. Tehokas annosaltistus on verrattavissa 4 tunnin auringolle altistukseen

   Virtsan raskaustesti - Kaikille naisille, joilla on ollut vähintään yksi kuukautiskierto, tehdään virtsaraskaustesti alkuarvioinnin yhteydessä ja ennen jokaista DEXA-skannausta. Kaikille naisille, joilla on ollut vähintään yksi kuukautiskierto, kysytään heidän kuukautiskiertoaan koskevia kysymyksiä. Koska hormonitasoilla voi olla merkittävä vaikutus bionäyteanalyysiin, interventiojakson jälkeinen akuutti lihas- ja verenkeräysharjoitus ajoitetaan kuukautiskierron samaan vaiheeseen kuin harjoittelua edeltävä akuutti vasteharjoitus.

   Lihasnäytteenotto – Yhteensä 7 lihasnäytettä kerätään perkutaanisella neulalihasbiopsialla vastus lateralisista vakiintuneiden menetelmien mukaisesti:

   3 kerätty ennen ensimmäistä akuutin vasteen harjoitusottelua ja sen jälkeen harjoittelua edeltävässä tilassa (ennen harjoitusta, 3 tuntia harjoituksen jälkeen, 24 tuntia harjoituksen jälkeen); 3 kerätty ennen ja jälkeen akuutin vasteen harjoitusottelun harjoituksen jälkeisessä tilassa (ennen harjoitusta, 3 tuntia harjoituksen jälkeen, 24 tuntia harjoituksen jälkeen);

   1 kerättiin seurantakäynnillä 4 viikkoa interventiojakson päättymisen jälkeen.

   Verinäytteet - Yhteensä 9 verinäytettä otetaan laskimopunktiolla vakiintuneiden menetelmien avulla:

   4 kerätty ennen ensimmäistä akuutin vasteen harjoitusottelua ja sen jälkeen harjoittelua edeltävässä tilassa (ennen harjoitusta, 15 minuuttia harjoituksen jälkeen, 3 tuntia harjoituksen jälkeen, 24 tuntia harjoituksen jälkeen); 3 kerätty ennen ja jälkeen akuutin vasteen harjoitusottelun harjoituksen jälkeisessä tilassa (ennen harjoitusta, 15 minuuttia harjoituksen jälkeen, 3 tuntia harjoituksen jälkeen, 24 tuntia harjoituksen jälkeen);

   1 kerättiin seurantakäynnillä 4 viikkoa interventiojakson päättymisen jälkeen.

   Harjoituksen suorituskyvyn arvioinnit - 1 toiston maksimivoima (1RM) ylä- ja alavartalon liikkeissä, huippuaerobinen kapasiteetti (VO2peak) pyöräergometrillä, Wingaten anaerobinen tehotesti, polven ojentajien huippulihasvoima tietokoneohjatulla dynamometrillä ja pystysuora hyppytesti suoritetaan ennen ja jälkeen interventiojakson. Jotkut suorituskykytestit tehdään myös interventiovaiheessa (noin viikolla 6).

   Ruokavalion saanti - Ruokavalion saantia seurataan validoidulla 24 tunnin palautuksella viikoilla 0 ja 12.

   Laatuvakuutus:

   Harjoitukset: Koehenkilöille opastetaan huolellisesti oikeat menetelmät ja heitä seurataan jatkuvasti. Kaikki harjoitukset suoritetaan kokeneen, sertifioidun henkilöstön [Certified Strength and Conditioning Specialist (National Strength and Conditioning Association) ja/tai Certified Exercise Specialist (American College of Sports Medicine)] valvonnassa.

   Biospecimens Collection: Kaikki lihaskoepalat ja verinäytteet suorittaa koulutettu, ammattitaitoinen kliinikko ja tutkimushenkilöstö, joka on kokenut ja paikallisesti sertifioitu.

   DXA-skannaukset: UAB:n koulutetut teknikot tekevät kaikki DXA-skannaukset.

   Geneettinen testaus: Näytteiden geneettinen testaus linkitetään yksilölliseen osallistujatunnukseen, joka ei tunnista osallistujaa millään tavalla. Linkit henkilökohtaisiin terveystietoihin pidetään turvassa kliinisessä toimipaikassa (UAB).

   Tutkimuksen suorittaa hyvin koulutettu ja kokenut henkilöstö, joka tunnistetaan IRB:lle ennen tämän tutkimuksen parissa työskentelemistä.

   PI on viime kädessä vastuussa tietojen ja turvallisuuden seurannasta: (i) Kaikkien tutkimusasiakirjojen pitäminen ajan tasalla ja sponsorin UAB IRB:n ja muiden valtuutettujen arvioijien saatavilla tarkastettavaksi; (ii) sen varmistaminen, että asianmukaisia ​​mekanismeja tutkimukseen osallistujien turvallisuuden suojelemiseksi noudatetaan; (iii) protokollavaatimusten noudattamisen varmistaminen; ja (iv) sen varmistaminen, että tiedot ovat tarkkoja, täydellisiä ja turvallisia. PI:t säilyttävät kaikki tutkimuksen suorittamiseen liittyvät asiakirjat.

   Vaikka tämä kokeilu ei täytä Data and Safety Monitoring Boardin vaatimuksia, noudatamme ennakoivaa tietojen ja turvallisuuden seurantasuunnitelmaa alla kuvatulla tavalla.

   1. Viikoittaiset katsaukset tutkijoiden/henkilökunnan kokouksissa rekrytoinnin edistymistä koskevista muistiinpanoista, päivityksistä/raporteista harjoituskeskuksesta, laboratorioista ja tiedonhallintahenkilöstöstä sekä uusista saatavilla olevista tiedoista.
   2. PI:n neljännesvuosittainen turvallisuuskatsaus ja välitietojen analyysi.
   3. UAB IRB:n tekemä vuosikatsaus.
   4. Tutkimusryhmän puolivuosittainen potilasturvallisuuskatsaus.

   Kaikki ei-vakavat haittavaikutukset dokumentoidaan ja tiivistelmä toimitetaan UAB IRB:lle ennalta määrätyin väliajoin (vähintään vuosittain). Kaikista SAE-tapauksista ilmoitetaan UAB IRB:lle 3 päivän kuluessa niiden havaitsemisesta. AE/SAE-kokonaisraportit toimitetaan sponsorille valtuutuksen mukaisesti. Jos AE (vakava tai ei-vakava) tapahtuu, PI:lle ilmoitetaan välittömästi. Tapahtumasta riippuen seuranta saattaa vaatia lisäkokeita tai lääketieteellisiä toimenpiteitä ohjeiden mukaisesti ja/tai lähetteen erikoislääkärille. Tutkimuslääkärit tekevät tällaiset päätökset. AE/SAE:n tyypistä riippuen PI:t voivat päättää keskeyttää kohteen tutkimuksesta. PI:t ovat viime kädessä vastuussa kunkin AE:n arvioinnista suhteessa protokollaan, vakavuuden ja odotetun suhteen, mahdollisen vaikutuksen riski-hyöty-suhteeseen ja sen, tarvitaanko tietoon perustuvaan suostumusasiakirjaan ja/tai protokollaan muutoksia. PI:t ovat myös vastuussa siitä, onko protokolla keskeytettävä, kunnes tyydyttävät muutokset on tehty; kuitenkin lopullinen toimivalta tällaisissa tapauksissa on UAB IRB:llä.