Effets du déficit énergétique aigu et de l'exercice aérobique sur la qualité musculaire

Justification de la recherche :

Les stratégies de perte de poids qui utilisent uniquement la restriction énergétique peuvent entraîner une altération de la masse musculaire, ce qui peut également nuire davantage à la santé des personnes atteintes de troubles métaboliques, comme les diabétiques de type 2. La masse et la fonction des muscles squelettiques sont essentielles pour maintenir un métabolisme sain et une qualité de vie tout au long de la vie. La combinaison de l'exercice et de la restriction calorique est une intervention puissante pour réduire le poids corporel et améliorer le métabolisme et l'état de santé des personnes en bonne santé, en surpoids et obèses. Les chercheurs ont déjà montré que la synthèse des protéines musculaires squelettiques est réduite avec la restriction énergétique et que l'exercice de type résistance peut inverser cet effet négatif. L'exercice de type aérobie a également la capacité de stimuler la synthèse des protéines musculaires et d'améliorer la qualité des muscles en augmentant la synthèse des protéines mitochondriales. Néanmoins, la façon dont le déficit énergétique superposé à l'exercice aérobie module la qualité des muscles squelettiques n'est pas bien caractérisée. De plus, les études existantes n'ont examiné que la synthèse protéique mixte (non spécifique) de différents compartiments intracellulaires sans fournir de détails sur la manière dont la synthèse protéique pour des protéines spécifiques est régulée.

Ce projet fournira de nouvelles données pour démêler les mécanismes à l'origine de l'effet positif de la restriction énergétique et de l'exercice aérobique concomitant sur la qualité des muscles squelettiques.

L'exercice aérobie seul est une intervention bien établie pour augmenter la capacité mitochondriale et la fonction musculaire squelettique, mais l'effet sur le muscle squelettique d'une restriction énergétique superposée lors de l'exercice aérobie n'est pas bien caractérisé. Des découvertes récentes chez des singes rhésus, dont la physiologie répond de manière très similaire à celle des humains, ont montré que la restriction calorique à vie a un effet positif profond sur le muscle squelettique. Ces résultats montrent que la restriction calorique non seulement maintient le contenu contractile du muscle, mais sauve également le déclin lié à l'âge du contenu et de la capacité mitochondriale du muscle squelettique. Cependant, l'activité physique dans cette étude n'était pas contrôlée et semblait être plus élevée dans le groupe de restriction calorique, ce qui représente un important facteur de confusion. Jusqu'à présent, les recherches sur l'homme traitant de questions similaires ont été moins claires. Une perte de poids prononcée par restriction énergétique seule (10 % du poids corporel total en ~ 7,5 semaines) chez les femmes obèses entraîne une diminution du contenu mitochondrial musculaire. À l'opposé, l'utilisation d'une restriction plus légère de 25% de l'énergie totale seule ou combinée à l'exercice pendant 6 mois chez les personnes en surpoids a montré une expression accrue des gènes codant pour les protéines mitochondriales dans les deux groupes. Cependant, malgré ces découvertes prometteuses suggérant que la perte de poids combinée à l'exercice améliorera le métabolisme des muscles squelettiques, il n'existe actuellement aucune donnée solide pour étayer l'utilisation concomitante de la restriction énergétique et de l'exercice aérobie avec une analyse approfondie de ses effets physiologiques et moléculaires. chez les humains.

L'étude proposée ici comprendra une courte période d'exercice étroitement contrôlé et d'apport alimentaire pour montrer que le déficit énergétique lors de l'exécution d'exercices aérobies entraîne d'autres avantages pour l'adaptation métabolique musculaire. Le projet actuel s'appuie sur les résultats de recherche antérieurs et récents du chercheur pour répondre directement à cette question. Cette recherche a montré que l'exercice de résistance pendant un déficit énergétique quotidien de 30 % sauve la diminution de la synthèse des protéines myofibrillaires mixtes (non spécifiques) observée avec le déficit énergétique seul. De plus, les recherches du chercheur ont montré que l'exercice aérobie régule à la hausse des protéines spécifiques dans les mitochondries des muscles squelettiques chez les rongeurs; que le profil des gouttelettes lipidiques du muscle squelettique est sensible à l'exercice et à la nutrition ; que la nutrition module la réponse cellulaire à l'exercice aérobie et, surtout ; que l'exercice aérobie après un déficit énergétique à court terme (~ 14 heures) peut réguler à la hausse les marqueurs de la biogenèse mitochondriale dans le muscle squelettique et améliorer le contrôle métabolique chez l'homme.

Objectifs & Hypothèse :

La principale question de recherche associée à cette étude est la suivante : "Quel est l'effet combiné d'un déficit énergétique et d'un entraînement aérobique sur la qualité musculaire (taux de synthèse des protéines individuelles, sarcoplasmiques et mitochondriales) et la dynamique des lipides intramusculaires sur une période de cinq jours chez des personnes en bonne santé ? mâles?'

Autres objectifs :

1. Identifier les mécanismes par lesquels un déficit énergétique à court terme (obtenu par une restriction énergétique et un exercice concomitants) peut réguler le renouvellement individuel des protéines musculaires (synthèse, dégradation et abondance), la dynamique des lipides intramusculaires, les métabolites et la teneur en glycogène musculaire pendant la perte de poids.
2. Fournir de nouvelles preuves de la capacité d'un régime à base de pommes de terre en tant que source efficace de nutriments pour favoriser des adaptations musculaires squelettiques et métaboliques positives pendant la perte de poids.

Hypothèse d'étude :

Une restriction énergétique à court terme avec un exercice aérobie concomitant augmentera la qualité et la quantité des protéines musculaires squelettiques liées à la capacité mitochondriale, améliorera le profil des gouttelettes lipidiques intracellulaires du muscle squelettique et modulera les marqueurs sanguins de la santé métabolique par rapport à l'exercice sans déficit énergétique.

Méthodes d'étude :

Les participants entreprendront d'abord des tests de caractérisation (détaillés ci-dessous) suivis d'une évaluation de base de 5 jours (jours -5 à -1) et de deux périodes consécutives de 5 jours d'exercice contrôlé pour augmenter la capacité oxydative (3 jours d'exercice aérobique par période, 15 kcal/kg FFM/jour de dépense énergétique course à pied) et apport énergétique (15 jours au total, avec une séance de test le matin 16). Cela permettra d'atteindre des états d'équilibre énergétique (EB ; disponibilité énergétique - EA - 45 kcal/kg de masse maigre (FFM)/jour), nécessaires au maintien du poids (jours 1 à 5), suivis d'un déficit énergétique (ED ; EA 10 kcal/kg FFM/jour), nécessaire pour perdre du poids les jours 6 à 10. Cette conception expérimentale, ainsi que l'apport et la dépense énergétiques, reproduit ce que les chercheurs ont précédemment utilisé pour déterminer avec succès d'autres effets physiologiques de la dysfonction érectile sur le muscle squelettique. Cinq jours d'EB et d'EA permettront un contrôle strict de l'apport alimentaire et seront suffisants pour détecter les changements dans les principaux paramètres étudiés.

Les tests de caractérisation des participants auront lieu environ 15 jours avant le début de l'évaluation de base pour déterminer la conformité aux critères d'inclusion, les niveaux de forme physique (consommation maximale d'oxygène et seuil de lactate [via des échantillons capillaires par piqûre au doigt]) et la composition corporelle. Lors de l'évaluation initiale d'un muscle au repos, une biopsie sera prélevée du vaste latéral (quadriceps), avant l'ingestion du traceur d'oxyde de deutérium (D2O) pendant les 15 jours suivants pour permettre un profilage protéomique dynamique du muscle squelettique. Un total de 4 biopsies seront prises par participant, ce qui est conforme aux recherches antérieures de l'investigateur. L'évaluation de base est utilisée pour l'enrichissement de D2O pour le test de profilage protéomique dynamique et pour s'assurer que l'activité physique régulière des individus correspond aux exigences de l'étude. Tout au long de chaque période expérimentale de 5 jours, des biopsies musculaires (jours -5, 1, 6 & 11), des prélèvements quotidiens de salive (non stimulés, prélevés à domicile) et des prélèvements réguliers de sang veineux (jours -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 et 11) seront recueillies pour l'évaluation du profilage protéomique dynamique, du profilage des gouttelettes lipidiques spécifiques au type de fibre, du glycogène musculaire squelettique et du D2O, ainsi que des hormones et métabolites transmissibles par le sang liés à la perte de poids. Le taux métabolique au repos (RMR ; évalué par calorimétrie indirecte) et l'évaluation de la composition corporelle seront effectués à l'aide de doubles analyses d'absorptiométrie à rayons X (DXA) les jours -5, 1, 6 et 11 de l'intervention. L'analyse d'impédance bioélectrique (BIA) sera également utilisée pour évaluer la composition corporelle à chaque visite de laboratoire (jours -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 et 11).

Interventions diététiques et bilan énergétique :

Le régime suivra l'apport quotidien de référence en nutriments pour fournir respectivement environ 60, 20 et 20 % d'énergie provenant des glucides, des lipides et des protéines. Conformément aux exigences de financement, le pourcentage de l'énergie totale provenant de sources à base de pommes de terre sera > 60 % pendant l'EB et > 65 % pendant l'ED. Les pommes de terre seront cuites de différentes manières qui n'ajoutent pas une quantité importante d'énergie, telles que bouillies, passées au micro-ondes, cuites au four, etc.

Manipulation de la disponibilité énergétique :

La disponibilité énergétique (EA), qui est définie comme l'apport énergétique moins la dépense énergétique de l'exercice - normalisée à la masse sans graisse - est utilisée comme paramètre clé pour déterminer le bilan énergétique. Les chercheurs sont les premiers à avoir montré que des valeurs inférieures à 30 kcal/kg/FFM peuvent moduler les réponses des muscles squelettiques, ce qui est conforme à d'autres recherches sur une gamme de réponses métaboliques à l'EA. Sur la base de cette recherche récente, qui a utilisé 20 kcal/kg FFM/jour pendant ~14 h, l'intervention actuelle induira un déficit énergétique plus prononcé pendant plus longtemps. L'apport énergétique moyen sur les 5 jours pour un participant moyen de 85 kg (70 kg FFM) sera de 3780 kcal/jour pour l'EB et de 1330 kcal/jour pour l'ED. Cela permettra d'atteindre un déficit énergétique cumulé approximatif de 12 250 kcal sur la période de 5 jours, entraînant une perte de masse corporelle d'environ 1,5 kg à partir du tissu net, étant donné qu'environ 7 450 kcal sont nécessaires pour perdre 1 kg de tissu net. La perte d'eau représentera environ 1 kg supplémentaire de la perte de poids corporel, ce qui sera la conséquence d'une diminution des réserves de glucides endogènes (glycogène), auxquelles l'eau se lie, ainsi que des fluctuations de l'eau dues aux changements de sodium. Le glycogène du muscle squelettique est également un régulateur des aspects qualitatifs du muscle et sera également étudié.

Sujets. Une population normale permettra aux chercheurs de déterminer les réponses physiologiques à cette intervention. Dix jeunes hommes (18-40 ans) en bonne santé, faisant régulièrement de l'exercice avec un pourcentage de graisse corporelle d'environ 18-26 %.

Qualité:

Les chercheurs associés à cette étude et associés à l'examen du protocole d'étude sont tous des membres du personnel (ou un doctorant) de l'Institut de recherche de l'Université John Moores de Liverpool pour les sciences du sport et de l'exercice (RISES). Dans le RISES 2014 (LJMU) a soumis 34,75 ETP (équivalent temps plein) à l'Unité d'évaluation 26 (UoA26) et a atteint un GPA (Grade Point Average) de 3,57. Classé deuxième sur GPA dans l'UoA, RISES est devenu le principal centre de qualité de la recherche en sciences du sport et de l'exercice au Royaume-Uni (4 * - 61% de toutes les activités en tête au monde, 3 * - 36% de toutes les activités au niveau international excellent). RISES a soumis le plus grand volume de résultats 4* (n = 60) dans l'UoA, avait 90 % de l'activité d'impact notée 4* et avait 100 % de l'environnement noté 4*. Il est important de noter que sur 1 911 soumissions dans les 36 RISES de l'UoA, la 11e place dans tout le Royaume-Uni pour GPA a été obtenue à REF2014, plaçant RISES (LJMU) parmi Oxford, UCL, LSE et Cambridge dans les classements pour cette métrique.