Entraînement de précision à haute intensité grâce à l'épigénétique (PHITE) (PHITE)

Aperçu:

L'armée américaine s'appuie sur l'entraînement physique pour augmenter et maintenir l'état de préparation des forces. Dans cette étude, nous émettons l'hypothèse que la modification épigénétique est un mécanisme principal par lequel des prescriptions d'entraînement physique spécifiques transforment le génotype de combattant en phénotype de combattant. Notre objectif avec ce programme est triple. Nous allons (1) identifier les méthodologies de formation qui modifient les réponses épigénétiques ; (2) caractériser la régulation épigénétique des processus, voies et mécanismes physiologiques associés à l'entraînement physique d'intensité modérée et élevée, et (3) produire des biomarqueurs en temps réel des performances cardiorespiratoires et neuromusculaires qui prédisent les résultats de l'entraînement physique. Nous satisferons ces objectifs à travers les six projets de recherche suivants :

I. Phénotypage de la dose-réponse à l'exercice

1. Déterminer l'effet de l'intensité de l'exercice sur les performances neuromusculaires et cardiorespiratoires
2. Évaluer l'impact du phénotype de base avant l'entraînement sur la réactivité aiguë et l'adaptabilité aux différents régimes d'exercices d'intensité
3. Déterminer l'effet de l'intensité de l'exercice sur les mécanismes régulant le métabolisme des protéines musculaires, l'hypertrophie des myofibres et la capacité oxydative musculaire

II. Biomarqueurs génétiques et épigénétiques de performance en temps réel

1. Identifiez les miARN musculaires qui sont exprimés de manière différentielle en réponse à des intensités d'exercice variables
2. Identifiez les miARN dérivés des muscles circulants qui sont exprimés de manière différentielle en réponse à des intensités d'exercice variables
3. Génotype du potentiel sportif individuel pour l'optimisation des biomarqueurs

IV. Signatures épigénomiques de la performance humaine

1. Identifier et corréler les changements de méthylation induits par l'exercice dans le sang et les muscles
2. Lier fonctionnellement les changements dans les signatures d'expression génique et les résultats physiologiques
3. Définir les signatures épigénétiques induites par les récepteurs nucléaires dans les tissus métaboliquement actifs

V. Modifications des histones induites par l'exercice et remodelage de la chromatine

1. Modification des histones de profil et signatures d'utilisation des sous-unités d'histones
2. Évaluer la chromatine en tant que plate-forme d'intégration de signaux pour la stabilité à long terme

VI. Épigénomique intégrative

1. Catégoriser les performances de base et regrouper les sujets
2. Caractériser les changements épigénétiques en réponse à des intensités d'exercice variées
3. Développer des modèles de prévision à partir de miARN biomarqueurs de performance

4. Développer des modèles de réseaux de régulation épigénétiques à l'aide de Deep Belief Networks

   L'UAB recrutera des hommes et des femmes en bonne santé et non formés qui ressemblent au soldat américain. Ils participent à un essai d'entraînement dose-réponse à l'exercice qui dure environ 12 semaines.

   Il y a 2 prescriptions d'exercices assignées au hasard : MOD - 3 jours par semaine sur un tapis roulant ou un vélo ergomètre stationnaire, combinés à 2 jours par semaine d'entraînement en résistance ; HI - 3 jours par semaine d'entraînement par intervalles à haute intensité similaire à l'entraînement tactique militaire à haute intensité, combiné à un entraînement de résistance à haute intensité 2 jours par semaine.

   La performance physique est évaluée avant l'entraînement, à mi-entraînement et après l'entraînement. De plus, la composition corporelle est évaluée avant et après l'entraînement. Des biopsies musculaires et des prélèvements sanguins sont effectués lors des périodes de réponse à l'exercice aigu avant et après l'entraînement, et des échantillons sont envoyés à des sites d'étude supplémentaires pour des évaluations spécifiques.

   Recrutement:

   Les participants sont recrutés par le biais d'annonces approuvées par l'IRB.

   Consentement éclairé :

   Une fois qu'un individu est identifié; répond aux critères d'inclusion/exclusion (présélection); et exprime son intérêt pour l'étude, un membre de l'équipe de recherche fournit à la personne un formulaire de consentement à examiner. Un membre de l'équipe assure le suivi avec la personne pour expliquer davantage l'étude et donner l'occasion au participant potentiel de poser des questions. Si la personne décide de participer, elle est convoquée pour la visite initiale. Il est encouragé à poser toute autre question avant de donner son consentement éclairé par écrit.

   Procédures des participants :

   Régime d'exercices MOD - 3 jours par semaine d'exercices d'endurance à 70% de réserve de fréquence cardiaque pendant 30 minutes sur un vélo stationnaire ou un tapis roulant, combinés à des exercices de résistance pendant 2 des 3 jours. La prescription d'entraînement en résistance implique 3 séries x 10-14 répétitions pour chaque mouvement, avec 1 minute de repos entre les séries. Les mouvements comprennent la presse à jambes ou le squat, l'extension du genou, la presse à la poitrine, la presse au-dessus de la tête, la rangée assise, la prise large vers le bas, le craquement des abdominaux, l'élévation du talon, la poussée des triceps vers le bas, les flexions des biceps. Les charges de résistance progressent lorsque 14 répétitions sont réalisées pour 2 des 3 séries. La fréquence cardiaque est surveillée tout au long de chaque séance.

   Régime d'exercices HI - 3 jours par semaine d'exercices d'intervalle d'intensité maximale, combinés à des exercices de résistance pendant 2 des 3 jours. Au lieu d'un exercice d'endurance d'intensité modérée, les participants de ce groupe effectuent 10 intervalles de haute intensité (30 s de travail, 30 s de repos), y compris des sauts de boîte, des burpees, des sauts de squat divisés, des balançoires de cloche de bouilloire, des sprints cyclistes, des cordes de combat, un wall ball , trempettes, etc. La prescription d'entraînement en résistance implique 3 séries x 8-10 répétitions pour les mêmes mouvements que MOD, mais avec des sur-ensembles de deux mouvements. Les charges de résistance progressent lorsque 10 répétitions sont réalisées pour 2 des 3 séries. Les périodes de repos sont de 30 à 45 secondes entre les supersets. La fréquence cardiaque est surveillée tout au long de chaque séance.

   DXA Scan - La procédure d'absorptiométrie à rayons X à double énergie (DXA) pour la détermination de la composition corporelle (muscle, graisse, os) implique une exposition mineure aux rayons X. La DXA sera effectuée aux semaines 0 et 12. L'exposition à la dose efficace est comparable à 4 heures d'exposition au soleil

   Test de grossesse urinaire - Toutes les femmes qui ont eu au moins un cycle menstruel subissent un test de grossesse urinaire lors de l'évaluation initiale et avant chaque analyse DEXA. Toutes les femmes qui ont eu au moins un cycle menstruel se voient poser des questions relatives à leur cycle menstruel. Étant donné que les niveaux d'hormones peuvent avoir un impact significatif sur l'analyse des échantillons biologiques, l'exercice aigu avec prélèvements musculaires et sanguins après la période d'intervention sera programmé pour se produire dans la même phase du cycle menstruel que l'exercice de réponse aiguë pré-entraînement.

   Échantillonnage musculaire - Un total de 7 échantillons musculaires sont prélevés par biopsie musculaire à l'aiguille percutanée du vaste latéral en utilisant des procédures établies :

   3 recueillies avant et après le premier exercice de réponse aiguë dans l'état de pré-entraînement (avant l'exercice, 3 h après l'exercice, 24 h après l'exercice) ; 3 recueillies avant et après l'exercice de réponse aiguë dans l'état post-entraînement (pré-exercice, 3 h après l'exercice, 24 h après l'exercice) ;

   1 recueilli lors d'une visite de suivi 4 semaines après la fin de la période d'intervention.

   Échantillonnage de sang - Au total, 9 échantillons de sang sont prélevés par ponction veineuse selon les procédures établies :

   4 recueillies avant et après le premier exercice de réponse aiguë dans l'état de pré-entraînement (pré-exercice, 15 min après l'exercice, 3 h après l'exercice, 24 h après l'exercice) ; 3 recueillies avant et après le combat d'exercice de réponse aiguë dans l'état post-entraînement (pré-exercice, 15 min après l'exercice, 3 h après l'exercice, 24 h après l'exercice) ;

   1 recueilli lors d'une visite de suivi 4 semaines après la fin de la période d'intervention.

   Évaluations de la performance de l'exercice - Force maximale à 1 répétition (1RM) sur les mouvements du haut et du bas du corps, capacité aérobie maximale (VO2peak) sur un vélo ergomètre, test de puissance anaérobie Wingate, puissance musculaire maximale des extenseurs du genou à l'aide d'un dynamomètre contrôlé par ordinateur, et test de saut vertical sont effectués avant et après la période d'intervention. Certains tests de performance sont également effectués à mi-intervention (environ la semaine 6).

   Apport alimentaire - L'apport alimentaire sera surveillé à l'aide d'un rappel validé de 24 heures aux semaines 0 et 12.

   Assurance qualité:

   Séances d'exercice : les sujets seront soigneusement instruits des méthodes appropriées et seront surveillés en permanence. Toutes les séances d'exercices sont effectuées sous la supervision complète d'un personnel expérimenté et certifié [spécialiste certifié de la force et du conditionnement (National Strength and Conditioning Association) et/ou spécialiste certifié de l'exercice (American College of Sports Medicine)].

   Collecte d'échantillons biologiques : toutes les biopsies musculaires et prélèvements sanguins sont effectués par des cliniciens professionnels formés et du personnel de recherche expérimenté et certifié localement.

   Numérisations DXA : toutes les numérisations DXA sont effectuées par des techniciens formés à l'UAB.

   Tests génétiques : les tests génétiques d'échantillons seront liés à un identifiant de participant unique qui n'identifiera en aucun cas un participant. Les liens vers les renseignements personnels sur la santé sont conservés en toute sécurité sur le site clinique (UAB).

   La recherche sera menée par du personnel bien formé et expérimenté qui sera identifié à la CISR avant de travailler sur cette étude.

   Le PI sera responsable en dernier ressort de la surveillance des données et de la sécurité : (i) Tenir à jour tous les documents de l'étude et les rendre disponibles pour inspection par le promoteur, l'UAB IRB et d'autres examinateurs autorisés ; (ii) S'assurer que les mécanismes appropriés pour protéger la sécurité des participants à l'étude sont suivis ; (iii) Assurer le respect des exigences du protocole ; et (iv) S'assurer que les données sont exactes, complètes et sécurisées. Tous les documents relatifs à la conduite de l'étude seront conservés par les CP.

   Même si cet essai ne répond pas aux exigences d'un comité de surveillance des données et de la sécurité, nous suivrons un plan proactif de surveillance des données et de la sécurité, comme décrit ci-dessous.

   1. Examens hebdomadaires lors des réunions des enquêteurs/de l'équipe du personnel des notes d'avancement du recrutement, des mises à jour/rapports de l'installation d'exercice, des laboratoires et du personnel de gestion des données, et des données nouvellement disponibles.
   2. Examen trimestriel de l'innocuité par les PI et analyse des données provisoires.
   3. Examen annuel effectué par l'UAB IRB.
   4. Examen semestriel de la sécurité des patients par l'équipe de l'étude.

   Tous les EI non graves seront documentés et un résumé remis à l'UAB IRB à des intervalles prédéterminés (au moins une fois par an). Tout SAE sera signalé à l'UAB IRB dans les 3 jours suivant sa découverte. Les rapports agrégés des EI/SAE seront remis au commanditaire conformément au mandat. Si un EI (grave ou non grave) se produit, le PI sera immédiatement notifié. Selon l'événement, le suivi peut nécessiter des tests ou des procédures médicales supplémentaires, selon les indications, et/ou l'orientation vers un spécialiste. Les médecins de l'étude prendront ces décisions. Selon le type d'EI/EIG, les IP peuvent choisir de retirer le sujet de l'étude. Les IP seront responsables en dernier ressort de l'évaluation de chaque EI pour la relation avec le protocole, la gravité et l'attente, tout impact sur le rapport risque-bénéfice, et si des modifications sont nécessaires au document de consentement éclairé et/ou au protocole. Les IP auront également la responsabilité de déterminer si le protocole doit être suspendu jusqu'à ce que des modifications satisfaisantes soient apportées ; cependant, l'autorité ultime dans de tels cas appartiendra à l'UAB IRB.