Akuutin energiavajeen ja aerobisen harjoituksen vaikutukset lihasten laatuun

Perustelut tutkimukselle:

Pelkästään energianrajoitusta käyttävät painonpudotusstrategiat voivat johtaa lihasmassan heikkenemiseen, mikä voi heikentää myös aineenvaihduntasairauksista kärsivien, kuten tyypin 2 diabeetikkojen, terveyttä. Luuston lihasmassa ja toiminta ovat avainasemassa terveen aineenvaihdunnan ja elämänlaadun ylläpitämisessä koko eliniän ajan. Harjoittelun ja kalorirajoituksen yhdistelmä on tehokas toimenpide terveiden, ylipainoisten ja lihavien henkilöiden painon alentamiseen ja aineenvaihdunnan ja terveydentilan parantamiseen. Tutkijat ovat aiemmin osoittaneet, että luustolihasten proteiinisynteesi vähenee energiarajoituksella ja että vastustyyppinen harjoittelu voi kääntää tämän negatiivisen vaikutuksen. Aerobisella harjoituksella on myös kyky stimuloida lihasproteiinisynteesiä ja parantaa lihasten laatua lisäämällä mitokondrioiden proteiinisynteesiä. Siitä huolimatta, kuinka aerobisen harjoituksen päälle kertynyt energiavaje moduloi luustolihasten laatua, ei ole hyvin kuvattu. Lisäksi olemassa olevissa tutkimuksissa on tarkasteltu vain seka- (epäspesifistä) proteiinisynteesiä eri solunsisäisistä osastoista antamatta yksityiskohtia siitä, kuinka spesifisten proteiinien proteiinisynteesiä säädellään.

Tämä projekti tarjoaa uutta tietoa energiarajoitusten ja samanaikaisen aerobisen harjoituksen positiivisen vaikutuksen taustalla olevien mekanismien selvittämiseksi luurankolihasten laatuun.

Pelkästään aerobinen harjoittelu on vakiintunut toimenpide mitokondrioiden kapasiteetin ja luustolihasten toiminnan lisäämiseksi, mutta aerobisen harjoituksen aikana esiintyvän energiarajoituksen vaikutusta luustolihakseen ei ole kuvattu hyvin. Viimeaikaiset löydökset Rhesus-apinoista, joiden fysiologia reagoi hyvin samalla tavalla kuin ihmisten, ovat osoittaneet, että elinikäisellä kalorirajoituksella on syvällinen myönteinen vaikutus luustolihakseen. Nämä havainnot osoittavat, että kalorirajoitus ei vain ylläpidä lihasten supistumispitoisuutta, vaan myös pelastaa luustolihasten mitokondrioiden sisällön ja kapasiteetin ikääntymisen. Fyysistä aktiivisuutta ei kuitenkaan tässä tutkimuksessa kontrolloitu, ja se näytti olevan korkeampi kalorirajoitusryhmässä, mikä on tärkeä hämmentävä tekijä. Samanlaisia ​​kysymyksiä käsittelevä ihmistutkimus on toistaiseksi ollut epäselvä. Selkeä painonpudotus pelkällä energianrajoituksella (10 % kokonaispainosta ~7,5 viikossa) lihavilla naisilla johtaa lihasten mitokondriopitoisuuden laskuun. Sitä vastoin lievempi 25 % kokonaisenergian rajoitus yksinään tai yhdistettynä harjoitukseen 6 kuukauden ajan ylipainoisilla yksilöillä osoitti mitokondrioproteiineja koodaavien geenien lisääntynyttä ilmentymistä molemmissa ryhmissä. Huolimatta näistä lupaavista havainnoista, jotka viittaavat siihen, että painonpudotus yhdistettynä harjoitukseen tehostaa luustolihasten aineenvaihduntaa, tällä hetkellä ei ole olemassa vahvaa tietoa, joka tukisi samanaikaisen energianrajoituksen ja aerobisen harjoituksen käyttöä sen fysiologisten ja molekyylisten vaikutusten syvällisen analyysin avulla. ihmisissä.

Tässä ehdotettu tutkimus sisältää lyhyen ajanjakson tiukasti kontrolloitua harjoittelua ja ravinnon saantia sen osoittamiseksi, että energiavaje aerobista harjoittelua suoritettaessa johtaa lisähyötyihin lihasten aineenvaihdunnassa. Nykyinen projekti perustuu tutkijan aikaisempiin ja viimeaikaisiin tutkimustuloksiin käsitelläkseen suoraan tätä kysymystä. Tämä tutkimus on osoittanut, että resistanssiharjoittelu 30 % päivittäisen energiavajeen aikana pelastaa seka- (epäspesifisen) myofibrillaarisen proteiinisynteesin vähenemisen, joka havaitaan pelkällä energiavajeella. Lisäksi tutkijan tutkimus on osoittanut, että aerobinen harjoittelu säätelee tiettyjä proteiineja luustolihasten mitokondrioissa jyrsijöillä; että luustolihasten lipidipisaraprofiili reagoi harjoitukseen ja ravitsemukseen; että ravitsemus moduloi solujen vastetta aerobiseen harjoitteluun ja mikä tärkeintä; että aerobinen harjoittelu lyhyen (noin 14 tunnin) energiavajeen jälkeen voi nostaa mitokondrioiden biogeneesin markkereita luurankolihaksissa ja parantaa aineenvaihdunnan hallintaa ihmisillä.

Tavoitteet ja hypoteesi:

Tähän tutkimukseen liittyvä ensisijainen tutkimuskysymys on: "Mikä on energiavajeen ja aerobisen harjoittelun yhteisvaikutus lihasten laatuun (yksittäisten, sarkoplasmisten ja mitokondrioiden proteiinien synteesinopeudet) ja lihaksensisäiseen lipididynamiikkaan viiden päivän aikana terveillä. miehiä?'

Muita tavoitteita:

1. Tunnista mekanismit, joilla lyhytaikainen energiavaje (saavutetaan samanaikaisella energianrajoituksella ja harjoittelulla) voi säädellä yksittäisen lihasproteiinin kiertoa (synteesi, hajoaminen ja runsaus), lihaksensisäistä lipididynamiikkaa, metaboliitteja ja lihasten glykogeenipitoisuutta painonpudotuksen aikana.
2. Tarjoa uusia todisteita perunapohjaisen ruokavalion kyvystä tehokkaana ravintoainelähteenä edistää positiivisia luustolihasten ja aineenvaihdunnan mukautuksia painonpudotuksen aikana.

Tutkimushypoteesi:

Lyhytaikainen energianrajoitus ja samanaikainen aerobinen harjoittelu lisää mitokondrioiden kapasiteettiin liittyvien luustolihasproteiinien laatua ja määrää, parantaa luurankolihasten solunsisäistä lipidipisaraprofiilia ja moduloi veren välityksellä leviäviä aineenvaihdunnan terveyden markkereita verrattuna harjoitteluun ilman energiavajetta.

Tutkimusmenetelmät:

Osallistujat suorittavat ensin karakterisointitestin (yksityiskohtaiset tiedot alla), minkä jälkeen suoritetaan 5 päivän perusarviointi (päivät -5 - -1) ja kaksi peräkkäistä 5 päivän hallittua harjoitusjaksoa oksidatiivisen kapasiteetin lisäämiseksi (3 päivää aerobista harjoittelua jaksoa kohti, 15 kcal/kg FFM/päivä energiankulutus juoksussa) ja energian saanti (yhteensä 15 päivää, testaus aamulla 16). Tällä saavutetaan energiatasapainotilat (EB; energian saatavuus - EA - 45 kcal/kg rasvatonta massaa (FFM)/vrk), joita tarvitaan painon ylläpitämiseen (päivät 1 - 5), jota seuraa energiavaje (ED; EA 10) kcal/kg FFM/vrk), tarvitaan painonpudotukseen päivinä 6-10. Tämä kokeellinen suunnittelu sekä energian saanti ja kulutus toistavat sen, mitä tutkijat ovat aiemmin käyttäneet määrittääkseen onnistuneesti muita ED:n fysiologisia vaikutuksia luustolihakseen. Viiden päivän EB- ja EA-hoito mahdollistaa ravinnonsaannin tiukan hallinnan ja riittää havaitsemaan muutokset tärkeimmissä tutkittavissa parametreissä.

Osallistujien karakterisointitestit tehdään noin 15 päivää ennen perusarvioinnin alkua, jotta voidaan määrittää osallistumiskriteerien noudattaminen, kuntotasot (maksimaalinen hapenkulutus ja laktaattikynnys [sormenpistosten kapillaarinäytteiden kautta]) ja kehon koostumus. Lähtötilan arvioinnissa lepolihaksesta otetaan biopsia vastus lateralisista (nelipäisestä lihasta) ennen merkkiainedeuteriumoksidin (D2O) nauttimista seuraavien 15 päivän aikana luurankolihasten dynaamisen proteomisen profiloinnin mahdollistamiseksi. Osallistujaa kohden otetaan yhteensä 4 biopsiaa, mikä on sopusoinnussa tutkijan aikaisemman tutkimuksen kanssa. Perustason arviointia käytetään D2O:n rikastamiseen dynaamista proteomista profilointia varten ja varmistamaan, että yksilöiden säännöllinen fyysinen aktiivisuus vastaa tutkimuksen vaatimuksia. Jokaisen 5 päivän koejakson aikana lihaskoepalat (päivät -5, 1, 6 ja 11), päivittäiset sylkinäytteet (ei-stimuloitu, kerätty kotona) ja säännölliset laskimoverinäytteet (päivät -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 & 11) kerätään dynaamisen proteomisen profiloinnin, kuitutyyppispesifisen lipidipisaraprofiloinnin, luustolihasten glykogeenin ja D2O:n sekä veren kautta kulkeutuvien hormonien ja laihtumiseen liittyvien metaboliittien arvioimiseksi. Lepoaineenvaihduntanopeus (RMR; arvioitu epäsuoralla kalorimetrialla) ja kehon koostumuksen arviointi suoritetaan käyttämällä kaksoisröntgenabsorptiometriaa (DXA) toimenpiteen päivinä -5, 1, 6 ja 11. Biosähköistä impedanssianalyysiä (BIA) käytetään myös kehon koostumuksen arvioimiseen jokaisella laboratoriokäynnillä (päivät -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 ja 11).

Ruokavaliotoimenpiteet ja energiatasapaino:

Ruokavalio noudattaa ravintoaineiden päivittäistä saannin viitearvoa saadakseen ~60 %, 20 % ja 20 % energiasta hiilihydraateista, rasvasta ja 20 % proteiinista. Rahoitusvaatimusten mukaisesti perunapohjaisten lähteiden kokonaisenergian osuus on >60 % EB:n aikana ja >65 % ED:n aikana. Perunat kypsennetään useilla eri tavoilla, jotka eivät lisää merkittävästi energiaa, kuten keitettynä, mikroaaltouunissa, paistettuna jne.

Energian saatavuuden manipulointi:

Energian saatavuus (EA), joka määritellään energian saannin miinus energiankulutuksena harjoituksesta - normalisoituna rasvattomaan massaan - käytetään avainparametrina määritettäessä energiatasapainoa. Tutkijat ovat ensimmäisiä, jotka ovat osoittaneet, että arvot alle 30 kcal/kg/FFM voivat moduloida luustolihasvasteita, mikä on linjassa muun tutkimuksen kanssa, joka koskee erilaisia ​​EA:n metabolisia vasteita. Tämän tuoreen tutkimuksen perusteella, jossa käytettiin 20 kcal/kg FFM/vrk ~14 tunnin ajan, nykyinen interventio saa aikaan selvemmän energiavajeen pidempään. Keskimääräinen energiansaanti viiden päivän aikana keskimäärin 85 kg (70 kg FFM) painavalla osallistujalla on 3780 kcal/päivä EB:ssä ja 1330 kcal/päivä ED:ssä. Tällä saavutetaan likimääräinen kumulatiivinen energiavaje 12 250 kcal 5 päivän aikana, mikä johtaa noin 1,5 kg:n kehon painon menetykseen verkkokudoksesta, kun otetaan huomioon, että ~7450 kcal tarvitaan 1 kg verkkokudoksen menetykseen. Veden menetys muodostaa ylimääräisen ~ 1 kg painonpudotuksen, joka on seurausta endogeenisten hiilihydraattien (glykogeenin) varastojen vähenemisestä, joihin vesi sitoutuu, sekä natriumin muutoksista johtuvasta veden vaihtelusta. Luustolihasten glykogeeni on myös lihasten laadullisten näkökohtien säätelijä, ja sitä myös tutkitaan.

Aiheet. Normaali populaatio antaa tutkijoille mahdollisuuden määrittää fysiologiset vasteet tähän interventioon. Kymmenen nuorta (18-40 vuotta) tervettä, säännöllisesti kuntoilevaa miestä, joiden kehon rasvaprosentti on ~18-26%.

Laatu:

Tähän tutkimukseen ja tutkimusprotokollan tarkistamiseen liittyvät tutkijat ovat kaikki Liverpool John Moores -yliopiston urheilu- ja liikuntatieteiden tutkimuslaitoksen (RISES) henkilöstön jäsenet (tai tohtoriopiskelijat). Vuonna 2014 RISES (LJMU) toimitti 34,75 FTE (kokoaikaista vastaavaa) yksikköön 26 (UoA26) ja saavutti GPA (Grade Point Average) 3,57. UoA:n GPA:n toiseksi sijoittuneesta RISES:stä tuli johtava urheilu- ja liikuntatieteiden tutkimuksen laatukeskus Yhdistyneessä kuningaskunnassa (4* - 61 % kaikesta toiminnasta maailman johtavasta toiminnasta, 3* - 36 % kaikesta toiminnasta kansainvälisesti erinomainen standardi). RISES toimitti UoA:n suurimman määrän 4* tuotoksia (n=60), sen vaikutusaktiivisuudesta 90 % arvioitiin 4* ja 100 % ympäristöstä 4*. Tärkeää on, että kaikista 36 UoA:n RISES:stä 1 911 lähetyksestä sijoittui 11. sijalle koko Yhdistyneessä kuningaskunnassa REF2014:ssä saavutetun GPA:n osalta, jolloin RISES (LJMU) nousi Oxfordin, UCL:n, LSE:n ja Cambridgen joukkoon tämän mittarin liigataulukoissa.