La leucina supplementare può compensare l'atrofia muscolare indotta dal disuso? (LEU-DIMA)

È ben noto che la massa muscolare scheletrica diminuisce progressivamente con l'invecchiamento in buona salute, un fenomeno comunemente chiamato sarcopenia. Nel tempo, questo porta a una perdita di indipendenza funzionale e aumenta il rischio di sviluppare una comorbilità. Stime recenti suggeriscono che il 30% delle persone di età compresa tra 75 e 84 anni soffra di sarcopenia. Poiché la popolazione di età pari o superiore a 85 anni è in rapida espansione, la sarcopenia rappresenta un notevole onere socio-economico per i servizi sanitari. Da un punto di vista fisiologico, il mantenimento della massa muscolare dipende da un buon equilibrio tra i tassi di sintesi proteica muscolare (MPS) e di degradazione (MPB). Nella vecchiaia, la risposta MPS alla nutrizione è compromessa (definita "resistenza anabolica"), lasciando i muscoli in uno stato catabolico cronico e, in ultima analisi, alla base della progressione della sarcopenia.

La resistenza anabolica muscolare associata all'età può derivare da un accumulo di periodi di inattività/disuso, che sono fortemente associati a un declino della massa muscolare (atrofia) sia nei giovani che negli anziani. Infatti, la perdita di massa muscolare associata è la più rapida all'inizio del disuso muscolare, con riduzioni significative della massa muscolare che si verificano dopo soli 5 giorni di disuso. Questo è di particolare importanza in quanto la durata media del ricovero nei soggetti anziani è di 5-6 giorni. Il decondizionamento muscolare indotto dal disuso è attribuito al declino della MPS in risposta alla nutrizione e potenzialmente a un MPB elevato. Pertanto, un accumulo di questi periodi di inattività nel corso della vita può portare ad un'accelerazione nella traiettoria della sarcopenia che si osserva comunemente con l'invecchiamento. Di conseguenza, le strategie nutrizionali per massimizzare l'invecchiamento muscoloscheletrico sano dovrebbero concentrarsi sull'alleviare la disregolazione metabolica muscolare durante il non utilizzo a breve termine.

Un approccio per contrastare il deterioramento muscolare durante il non utilizzo a breve termine è quello di aumentare il consumo di proteine ​​nella dieta. Infatti, un adeguato apporto proteico è una necessità affinché il muscolo rimanga in un bilancio proteico netto positivo, con l'importanza di questo intervento nutrizionale che aumenta durante i periodi di inattività. Tuttavia, questo approccio non è sempre fattibile poiché i livelli di attività sono più limitati durante i periodi di inattività e gli individui hanno quindi meno probabilità di consumare un apporto nutrizionale adeguato. Un approccio più fattibile potrebbe essere quello di aumentare la potenza anabolica di dosi proteiche sub-ottimali attraverso l'integrazione con l'aminoacido leucina. La leucina è unica nella sua capacità di aumentare l'equilibrio proteico più di qualsiasi altro aminoacido attraverso la stimolazione di MPS e la soppressione di MPB. La leucina fornisce un forte effetto anti-catabolico durante l'immobilizzazione degli arti posteriori nei ratti, che deve ancora essere esaminato negli esseri umani. Pertanto, è chiaro che la leucina rappresenta una strategia praticabile per compensare la disregolazione di MPS e MPB e preservare la salute muscoloscheletrica durante il disuso a breve termine in individui sia giovani che anziani e quindi merita ulteriori indagini.

Partecipanti:

Ventiquattro maschi sani (non obesi, non diabetici, non fumatori) di età compresa tra 18 e 35 anni saranno reclutati per partecipare allo studio. L'attuale studio sarà uno studio in doppio cieco controllato con placebo con due gruppi di intervento, in cui i partecipanti saranno assegnati in modo casuale a ricevere leucina supplementare (LEU; n=12) o placebo (PLA; n=12) durante 7 giorni di unilaterale immobilizzazione delle gambe. I partecipanti saranno attivi, ma atleticamente non allenati (ad es. esercizio ≤3x/settimana). Tutte le procedure dello studio saranno spiegate chiaramente e i partecipanti forniranno il consenso informato scritto prima di ottenere le misure di base.

Iscrizione:

I partecipanti saranno invitati alla School of Sport, Exercise and Rehabilitation Sciences dell'Università di Birmingham. All'arrivo, un ricercatore coinvolto nella sperimentazione spiegherà al partecipante il disegno dello studio e gli interventi. I partecipanti avranno l'opportunità di porre qualsiasi domanda relativa allo studio e avranno il tempo di decidere se partecipare o meno. Se il partecipante è felice di partecipare, gli verrà chiesto di firmare un modulo di consenso e compilare un questionario sulla salute. Quando il partecipante se ne sarà andato, il partecipante verrà classificato in modo casuale nel gruppo leucina o placebo. Ai partecipanti verrà chiesto di compilare un diario alimentare di tre giorni per valutare l'assunzione dietetica abituale.

Valutazioni preliminari:

Dopo la spiegazione dello studio e l'acquisizione del consenso informato, i partecipanti riferiranno al laboratorio alle 08:00-09:00 dopo aver digiunato per 10 ore e astenuto da esercizio fisico intenso e alcol per 24 ore prima. La funzione muscolare di base dei partecipanti verrà acquisita attraverso misure della massima forza isometrica e isocinetica dei muscoli estensori e flessori del ginocchio utilizzando un dinamometro isocinetico. Dopo i test di forza, gli investigatori forniranno alle persone un diario alimentare di tre giorni e un monitor dell'attività. Tre giorni dopo le misurazioni della forza di base, i partecipanti riferiranno ancora una volta al laboratorio alle 08:00-09:00 dopo un digiuno notturno di 10 ore. I partecipanti verranno pesati su una bilancia digitale con l'approssimazione di 0,1 kg in abiti leggeri. Saranno condotte assorbimetria a raggi X duali (DXA) ed ecografie per determinare la composizione della coscia (massa grassa e massa magra).

Immobilizzazione:

Alle 08:00-09:00 del mattino successivo alle valutazioni preliminari, i partecipanti saranno sottoposti a 7 giorni di immobilizzazione unilaterale della gamba. Una singola gamba verrà selezionata casualmente (controbilanciata sinistra/destra) e posizionata in una ginocchiera per tutta la gamba. I partecipanti deambulano utilizzando le stampelle ed eseguiranno quotidianamente esercizi alla caviglia per ridurre al minimo il rischio di trombosi venosa profonda, come indicato da un fisioterapista qualificato. I partecipanti potranno anche rimuovere la ginocchiera durante il sonno notturno. Un fisioterapista qualificato istruirà il partecipante sull'uso sicuro delle stampelle (ad esempio salire le scale). Durante ogni pasto principale nel periodo di immobilizzazione, i partecipanti consumeranno 5 g di un integratore LEU o PLA in polvere con 250-300 ml di acqua, che rientra nei limiti di sicurezza. L'assunzione dietetica sarà controllata durante tutto il periodo di immobilizzazione in base all'apporto calorico totale dell'individuo (derivato da equazioni standardizzate), con una composizione macronutriente del 55% di carboidrati, 30% di grassi e 15% di proteine. La quantità totale di proteine ​​ingerite sarà pari a 1,0 g/kg/giorno. I livelli di attività del partecipante saranno monitorati per tutto il periodo di 7 giorni attraverso un monitor di attività da polso.

Prove sperimentali:

La mattina che segna la fine del periodo di immobilizzazione di 7 giorni i partecipanti si presenteranno al laboratorio alle 06:00-07:00 dopo un digiuno notturno. Verranno ripetute le valutazioni ecografiche e DXA, subito dopo di che verrà inserito un catetere in una vena dell'avambraccio di entrambe le braccia per i) frequenti prelievi di sangue a -150, -90, 0, 20, 40, 60, 80, 120, 180, 240 minuti della prova sperimentale (~100 ml in totale) e ii) un'infusione continua di un tracciante amminoacidico isotopico stabile (L- [anello] 13C6 fenilalanina). I partecipanti rimarranno in posizione supina per tutto il processo. Dopo 150 minuti di infusione, verrà eseguita una biopsia muscolare del muscolo quadricipite delle gambe immobilizzate e non immobilizzate in anestesia locale. I partecipanti consumeranno quindi una bevanda proteica del latte da 20 g. Ulteriori biopsie saranno ottenute da entrambe le gambe dopo 270 minuti e 390 minuti di infusione. Pertanto, durante la prova verranno ottenute un totale di 6 biopsie muscolari invasive (3 da ciascuna gamba), con ciascuna biopsia ottenuta da un'incisione separata distanziata di ∼ 3 cm l'una dall'altra. Questo design di infusione di isotopi stabili a due stadi consente una valutazione efficiente della MPS nella transizione dalle condizioni post-assorbimento (0-120 min) a quelle post-prandiali (120-240 min). La forza delle gambe sarà rivalutata un giorno dopo l'infusione di isotopi stabili alle 08:00-09:00 dopo un digiuno di 10 ore per evitare qualsiasi effetto di interferenza della precedente contrazione sul turnover proteico muscolare.

Analisi dei dati:

Per calcolare la sintesi proteica miofibrillare e mitocondriale, i ricercatori adotteranno tecniche di spettrometria di massa sofisticate tipiche per determinare l'arricchimento del tracciante isotopico nelle proteine ​​​​muscolari e nel plasma isolati dalla biopsia. I "segnali anabolici" intramuscolari (nel pathway mTORC1) ei segnali "catabolici" saranno determinati mediante analisi western blot e q-rtPCR. La respirometria ad alta risoluzione sarà utilizzata anche per valutare la funzione mitocondriale del tessuto muscolare scheletrico isolato mediante biopsia sia nell'arto di controllo che in quello immobilizzato.