Voiko täydentävä leusiini kompensoida käytöstäpoiston aiheuttamaa lihasatrofiaa? (LEU-DIMA)

On hyvin todettu, että luuston lihasmassa pienenee asteittain terveen ikääntymisen myötä, ilmiötä kutsutaan yleisesti sarkopeniaksi. Ylityö johtaa toiminnallisen itsenäisyyden menettämiseen ja lisää riskiä sairastua rinnakkaisiin sairauksiin. Viimeaikaisten arvioiden mukaan 30 % 75–84-vuotiaista kärsii sarkopeniasta. Koska yli 85-vuotiaiden väestö kasvaa nopeasti, sarkopenia asettaa terveydenhuoltopalveluille huomattavan sosioekonomisen taakan. Fysiologisesta näkökulmasta lihasmassan ylläpito riippuu hienosta tasapainosta lihasproteiinisynteesin (MPS) ja hajoamisnopeuden (MPB) välillä. Vanhemmalla iällä MPS:n vaste ravintoon on heikentynyt (kutsutaan "anaboliseksi resistenssiksi"), jolloin lihakset jäävät krooniseen kataboliseen tilaan ja viime kädessä tukevat sarkopenian etenemistä.

Ikään liittyvä lihasten anabolinen vastustus voi johtua epäaktiivisuuden/käytön jaksojen kertymisestä, mikä liittyy vahvasti lihasmassan vähenemiseen (atrofiaa) sekä nuorilla että vanhoilla. Itse asiassa siihen liittyvä lihasmassan menetys on nopein lihasten käytön alkaessa, ja merkittävä lihasmassan väheneminen tapahtuu jo viiden päivän käytön jälkeen. Tämä on erityisen tärkeää, koska iäkkäiden henkilöiden keskimääräinen sairaalahoidon kesto on 5-6 päivää. Käyttämättömyyden aiheuttama lihasten kuntouttaminen johtuu MPS:n laskusta vastauksena ravitsemuksesta ja mahdollisesti kohonneesta MPB:stä. Siksi näiden käyttämättömyyden aikojen kertyminen eliniän aikana voi johtaa sarkopenian liikeradan kiihtymiseen, mikä on yleisesti nähtävissä ikääntymisen myötä. Näin ollen ravitsemusstrategioissa tuki- ja liikuntaelimistön terveen ikääntymisen maksimoimiseksi tulisi keskittyä lihasten aineenvaihduntahäiriöiden lievittämiseen lyhytaikaisen käytön aikana.

Yksi tapa estää lihasten heikkeneminen lyhytaikaisen käytön aikana on lisätä proteiinin kulutusta ruokavaliosta. Itse asiassa riittävä proteiinin saanti on välttämättömyys, jotta lihakset voivat pysyä positiivisessa nettoproteiinitasapainossa, ja tämän ravitsemuksellisen toimenpiteen merkitys kasvaa käyttökatkoksen aikana. Tämä lähestymistapa ei kuitenkaan ole aina toteuttamiskelpoinen, koska aktiivisuustasot ovat rajoitetumpia käytöstäpoistojaksojen aikana ja siten yksilöt eivät todennäköisesti saa riittävästi ravintoaineita. Todennäköisempi lähestymistapa voi olla parantaa optimaalisten proteiiniannosten anabolista tehoa täydentämällä aminohappoa, leusiinia. Leusiini on ainutlaatuinen kyvyssään lisätä proteiinitasapainoa enemmän kuin mikään muu aminohappo stimuloimalla MPS:ää ja estämällä MPB:tä. Leusiini tarjoaa voimakkaan antikatabolisen vaikutuksen takaraajojen immobilisaation aikana rotilla, jota ei ole vielä tutkittu ihmisillä. Siksi on selvää, että leusiini edustaa toteuttamiskelpoista strategiaa MPS:n ja MPB:n epäsääntelyn kompensoimiseksi ja tuki- ja liikuntaelinten terveyden säilyttämiseksi lyhytaikaisen käytön aikana sekä nuorilla että vanhoilla yksilöillä, ja siksi se vaatii lisätutkimuksia.

Osallistujat:

Tutkimukseen rekrytoidaan 24 tervettä (ei-lihava, ei diabeetikko, tupakoimaton) 18-35-vuotiasta miestä. Tämä tutkimus on lumekontrolloitu kaksoissokkotutkimus kahdella interventioryhmällä, jossa osallistujat jaetaan satunnaisesti saamaan lisäleusiinia (LEU; n = 12) tai lumelääkettä (PLA; n = 12) 7 päivän aikana yksipuolisesti. jalkojen immobilisointi. Osallistujat ovat aktiivisia, mutta urheilullisesti kouluttamattomia (ts. harjoitus ≤3x/viikko). Kaikki tutkimusmenettelyt selitetään selkeästi, ja osallistujat antavat kirjallisen suostumuksen ennen perusmittausten hankkimista.

Ilmoittautuminen:

Osallistujat kutsutaan Birminghamin yliopiston urheilu-, liikunta- ja kuntoutustieteiden kouluun. Saapuessaan tutkimukseen osallistuva tutkija selittää osallistujalle tutkimuksen suunnittelun ja interventiot. Osallistujille annetaan mahdollisuus esittää tutkimukseen liittyviä kysymyksiä ja heille annetaan aikaa päättää osallistumisesta vai ei. Jos osallistuja haluaa osallistua, häntä pyydetään allekirjoittamaan suostumuslomake ja täyttämään terveyskysely. Kun osallistuja on lähtenyt, osallistuja luokitellaan satunnaisesti leusiini- tai plaseboryhmään. Osallistujia pyydetään täyttämään kolmen päivän ruokavaliopäiväkirja tavanomaisen ravinnonsaannin arvioimiseksi.

Alustavat arviot:

Tutkimuksen selityksen ja tietoisen suostumuksen saamisen jälkeen osallistujat ilmoittavat laboratorioon klo 0800-0900 paastonaan 10 tuntia ja pidättäytyneensä voimakkaasta liikunnasta ja alkoholista 24 tuntia aiemmin. Osallistujien peruslihasten toiminta mitataan polven ojentaja- ja koukistuslihasten maksimaalisen isometrisen ja isokineettisen voiman mittaamalla isokineettisellä dynamometrillä. Vahvuustestauksen jälkeen tutkijat antavat henkilöille kolmen päivän ruokavaliopäiväkirjan ja aktiivisuusmittarin. Kolme päivää perusvoimamittausten jälkeen osallistujat raportoivat jälleen laboratorioon klo 0800-0900 10 tunnin yön yli paaston jälkeen. Osallistujat punnitaan digitaalisella vaa'alla 0,1 kg:n tarkkuudella kevyissä vaatteissa. Reiden koostumuksen (rasvaton ja rasvaton massa) määrittämiseksi tehdään kaksoisröntgenabsorptiometria (DXA) ja ultraääni.

Immobilisointi:

Klo 0800-0900 alustavien arvioiden jälkeisenä aamuna osallistujille tehdään 7 päivän yksipuolinen jalka immobilisointi. Yksittäinen jalka valitaan satunnaisesti (vasen/oikea vastapainona) ja asetetaan täysjalkaiseen polvitukeen. Osallistujat liikkuvat kainalosauvojen avulla ja tekevät päivittäisiä nilkkaharjoituksia syvälaskimotukoksen riskin minimoimiseksi pätevän fysioterapeutin ohjeiden mukaisesti. Osallistujat saavat myös poistaa polvituet yöunien aikana. Koulutettu fysioterapeutti opastaa osallistujaa kainalosauvojen turvalliseen käyttöön (eli portaiden kiipeämiseen). Jokaisella immobilisaatiojakson pääaterialla osallistujat nauttivat 5 g jauhemaista LEU- tai PLA-lisää 250-300 ml:lla vettä, mikä on turvallisissa rajoissa. Ruokavalion saantia valvotaan koko immobilisaatiojakson ajan yksilöiden kokonaiskalorisaannin mukaan (johdettu standardisoiduista yhtälöistä) makroravinnekoostumuksen ollessa 55 % hiilihydraattia, 30 % rasvaa ja 15 % proteiinia. Proteiinin nauttimisen kokonaismäärä on 1,0 g/kg/päivä. Osallistujan aktiivisuustasoja seurataan 7 päivän ajan ranteessa pidettävän aktiivisuusmittarin avulla.

Kokeet:

Aamulla, joka merkitsee 7 päivän immobilisaatiojakson päättymistä, osallistujat ilmoittavat laboratorioon klo 0600-0700 yön yli paaston jälkeen. Ultraääni- ja DXA-tutkimukset toistetaan, minkä jälkeen katetri asetetaan molempien käsivarsien kyynärvarren laskimoon i) toistuvia verinäytteitä varten -150, -90, 0, 20, 40, 60, 80, 120, 180, 240 minuuttia kokeellisesta kokeesta (n. 100 ml yhteensä) ja ii) stabiilin isotoopin aminohappomerkkiaineen (L-[rengas] 13C6 fenyylialaniini) jatkuva infuusio. Osallistujat pysyvät selällään koko kokeen ajan. 150 minuutin infuusion jälkeen otetaan lihasbiopsia immobilisoitujen ja immobilisoimattomien jalkojen nelipäisestä lihaksesta paikallispuudutuksessa. Osallistujat juovat sitten 20 g maitoproteiinijuoman. Molemmista jaloista otetaan lisää biopsioita 270 minuutin ja 390 minuutin infuusion jälkeen. Siten kokeen aikana otetaan yhteensä 6 invasiivista lihasbiopsiaa (3 kustakin jalasta), ja jokainen biopsia otetaan erillisestä viillosta, joka on noin 3 cm:n etäisyydellä toisistaan. Tämä kaksivaiheinen stabiilin isotoopin infuusiorakenne mahdollistaa MPS:n tehokkaan arvioinnin siirtyessä imeytymisen jälkeisistä olosuhteista (0-120 min) aterian jälkeisiin olosuhteisiin (120-240 min). Jalkojen vahvuus arvioidaan uudelleen seuraavana päivänä stabiilin isotoopin infuusion jälkeen klo 0800-0900 10 tunnin paaston jälkeen, jotta vältetään aikaisemman supistuksen häiritsevä vaikutus lihasproteiinien kiertoon.

Tietojen analysointi:

Myofibrillaarisen ja mitokondrion proteiinisynteesin laskemiseksi tutkijat ottavat käyttöön tyypillisiä kehittyneitä massaspektrometriatekniikoita määrittääkseen isotooppisen merkkiaineen rikastumisen biopsialla eristetyissä lihasproteiineissa ja plasmassa. Lihaksensisäiset "anaboliset signaalit" (mTORC1-reitillä) ja "kataboliset" signaalit määritetään Western blot - ja q-rtPCR-analyysillä. Korkean resoluution respirometriaa käytetään myös biopsialla eristetyn luurankolihaskudoksen mitokondrioiden toiminnan arvioimiseen sekä kontrolli- että immobilisoiduissa raajoissa.