Allenamento ad alta intensità di precisione attraverso l'epigenetica (PHITE) (PHITE)

Panoramica:

L'esercito americano fa affidamento sull'addestramento fisico per aumentare e mantenere la prontezza della forza. In questo studio, ipotizziamo che la modifica epigenetica sia un meccanismo primario mediante il quale specifiche prescrizioni di allenamento per l'esercizio fisico trasducono il genotipo del combattente di guerra nel fenotipo del combattimento di guerra. Il nostro obiettivo con questo programma è triplice. Noi (1) identificheremo le metodologie di addestramento che modificano le risposte epigenetiche; (2) caratterizzare la regolazione epigenetica di processi fisiologici, percorsi e meccanismi associati all'allenamento fisico moderato e ad alta intensità e (3) produrre biomarcatori in tempo reale delle prestazioni cardiorespiratorie e neuromuscolari che predicono i risultati dell'allenamento fisico. Raggiungeremo questi obiettivi attraverso i seguenti sei progetti di ricerca:

I. Fenotipizzazione della dose-risposta all'esercizio

1. Determinare l'effetto dell'intensità dell'esercizio sulle prestazioni neuromuscolari e cardiorespiratorie
2. Valutare l'impatto del fenotipo basale, pre-allenamento sulla reattività acuta e l'adattabilità a regimi di esercizio di diversa intensità
3. Determinare l'effetto dell'intensità dell'esercizio sui meccanismi che regolano il metabolismo delle proteine ​​muscolari, l'ipertrofia delle miofibre e la capacità ossidativa muscolare

II. Biomarcatori genetici ed epigenetici delle prestazioni in tempo reale

1. Identificare i miRNA muscolari espressi in modo differenziato in risposta a diverse intensità di esercizio
2. Identificare i miRNA circolanti derivati ​​dai muscoli che sono espressi in modo differenziato in risposta a diverse intensità di esercizio
3. Genotipo del potenziale atletico individuale per l'ottimizzazione dei biomarcatori

IV. Firme epigenomiche delle prestazioni umane

1. Identificare e correlare i cambiamenti di metilazione indotti dall'esercizio nel sangue e nei muscoli
2. Collega funzionalmente i cambiamenti nelle firme di espressione genica e gli esiti fisiologici
3. Definire le firme epigenetiche indotte dai recettori nucleari nei tessuti metabolicamente attivi

V. Modifiche istoniche indotte dall'esercizio e rimodellamento della cromatina

1. Modifica dell'istone del profilo e firme di utilizzo della subunità dell'istone
2. Valutare la cromatina come piattaforma di integrazione del segnale per la stabilità a lungo termine

VI. Epigenomica integrativa

1. Categorizzare le prestazioni di base e raggruppare i soggetti
2. Caratterizzare i cambiamenti epigenetici in risposta a varie intensità di esercizio
3. Sviluppa modelli di previsione da biomarcatori miRNA delle prestazioni

4. Sviluppa modelli di rete di regolazione epigenetica utilizzando Deep Belief Networks

   UAB arruolerà uomini e donne sani e non addestrati che assomigliano al soldato americano. Partecipano a una prova di allenamento sulla risposta alla dose di esercizio che dura circa 12 settimane.

   Ci sono 2 prescrizioni di esercizi assegnate in modo casuale: MOD - 3 giorni a settimana su tapis roulant o cicloergometro fisso, combinati con 2 giorni a settimana di allenamento di resistenza; HI - 3 giorni a settimana di allenamento ad intervalli ad alta intensità simile all'allenamento tattico militare ad alta intensità, combinato con un allenamento di resistenza ad alta intensità 2 giorni a settimana.

   Le prestazioni fisiche vengono valutate prima dell'allenamento, a metà allenamento e dopo l'allenamento. Inoltre, la composizione corporea viene valutata prima e dopo l'allenamento. Biopsie muscolari e prelievi di sangue vengono eseguiti in periodi di risposta all'esercizio acuto pre-allenamento e post-allenamento e i campioni vengono inviati ad ulteriori siti di studio per valutazioni specifiche.

   Reclutamento:

   I partecipanti vengono reclutati tramite annunci approvati dall'IRB.

   Consenso informato:

   Una volta identificato un individuo; soddisfa i criteri di inclusione/esclusione (pre-screening); ed esprime interesse per lo studio, un membro del gruppo di ricerca fornisce all'individuo un modulo di consenso da esaminare. Un membro del team segue l'individuo per spiegare ulteriormente lo studio e fornire l'opportunità al potenziale partecipante di porre qualsiasi domanda. Se la persona decide di partecipare, viene programmata la prima visita. È incoraggiato a porre ulteriori domande prima di dare il consenso informato scritto.

   Procedure per i partecipanti:

   Regime di esercizio MOD - 3 giorni a settimana di esercizio di resistenza al 70% di riserva di frequenza cardiaca per 30 minuti su una cyclette o tapis roulant, combinato con esercizio di resistenza in 2 dei 3 giorni. La prescrizione dell'allenamento di resistenza prevede 3 serie x 10-14 ripetizioni per ogni movimento, con 1 minuto di riposo tra le serie. I movimenti includono leg press o squat, estensione del ginocchio, pressa del torace, pressa dall'alto, rematore seduto, presa larga, ab crunch, sollevamento del tallone, spinta del tricipite verso il basso, riccioli del bicipite. I carichi di resistenza progrediscono quando si ottengono 14 ripetizioni per 2 serie su 3. La frequenza cardiaca viene monitorata durante ogni sessione.

   Regime di esercizio HI - 3 giorni a settimana di esercizi a intervalli di massima intensità, combinati con esercizi di resistenza in 2 dei 3 giorni. Invece di un esercizio di resistenza di intensità moderata, i partecipanti di questo gruppo eseguono 10 intervalli ad alta intensità (30 secondi di lavoro, 30 secondi di riposo) tra cui box jump, burpees, split squat jump, kettle bell swing, sprint in bicicletta, corde da battaglia, wall ball , tuffi, ecc. La prescrizione dell'allenamento di resistenza prevede 3 serie x 8-10 ripetizioni per gli stessi movimenti del MOD, ma con superserie di due movimenti. I carichi di resistenza progrediscono quando vengono raggiunte 10 ripetizioni per 2 serie su 3. I periodi di riposo sono di 30-45 secondi tra le superserie. La frequenza cardiaca viene monitorata durante ogni sessione.

   Scansione DXA - La procedura di assorbimetria a raggi X a doppia energia (DXA) per la determinazione della composizione corporea (muscoli, grasso, ossa) comporta una minore esposizione ai raggi X. DXA verrà eseguito alle settimane 0 e 12. L'esposizione alla dose efficace è paragonabile a 4 ore di esposizione al sole

   Test di gravidanza sulle urine - Tutte le donne che hanno avuto almeno un ciclo mestruale hanno un test di gravidanza sulle urine alla valutazione iniziale e prima di ogni scansione DEXA. A tutte le donne che hanno avuto almeno un ciclo mestruale vengono poste domande relative al loro ciclo mestruale. Poiché i livelli ormonali possono avere un impatto significativo sull'analisi del biocampione, l'esercizio acuto con raccolte di muscoli e sangue dopo il periodo di intervento sarà programmato per verificarsi nella stessa fase del ciclo mestruale dell'esercizio di risposta acuta pre-allenamento.

   Campionamento muscolare - Un totale di 7 campioni muscolari vengono raccolti mediante biopsia muscolare con ago percutaneo dal vasto laterale utilizzando procedure stabilite:

   3 raccolti prima e dopo il primo esercizio di risposta acuta nello stato pre-allenamento (pre-esercizio, 3 ore dopo l'esercizio, 24 ore dopo l'esercizio); 3 raccolti prima e dopo l'esercizio di risposta acuta nello stato post-allenamento (pre-esercizio, 3 ore dopo l'esercizio, 24 ore dopo l'esercizio);

   1 raccolti durante una visita di follow-up 4 settimane dopo la conclusione del periodo di intervento.

   Prelievo di sangue - Un totale di 9 campioni di sangue vengono raccolti mediante prelievo venoso utilizzando procedure stabilite:

   4 raccolti prima e dopo il primo esercizio di risposta acuta nello stato pre-allenamento (pre-esercizio, 15 min post-esercizio, 3 h post-esercizio, 24 h post-esercizio); 3 raccolti prima e dopo l'esercizio di risposta acuta nello stato post-allenamento (pre-esercizio, 15 min post-esercizio, 3 h post-esercizio, 24 h post-esercizio);

   1 raccolti durante una visita di follow-up 4 settimane dopo la conclusione del periodo di intervento.

   Valutazioni delle prestazioni dell'esercizio: forza massima (1RM) di 1 ripetizione sui movimenti della parte superiore e inferiore del corpo, capacità aerobica di picco (VO2peak) su un cicloergometro, test di potenza anaerobica Wingate, potenza muscolare di picco degli estensori del ginocchio utilizzando un dinamometro controllato da computer e i test di salto verticale vengono condotti prima e dopo il periodo di intervento. Alcuni test delle prestazioni vengono condotti anche a metà intervento (approssimativamente alla settimana 6).

   Assunzione dietetica - L'assunzione dietetica sarà monitorata utilizzando un richiamo convalidato di 24 ore alle settimane 0 e 12.

   Garanzia di qualità:

   Sessioni di esercitazione: i soggetti saranno attentamente istruiti sui metodi adeguati e monitorati continuamente. Tutte le sessioni di allenamento vengono eseguite sotto la completa supervisione di personale esperto e certificato [Specialista certificato di forza e condizionamento (National Strength and Conditioning Association) e/o Specialista certificato di esercizio (American College of Sports Medicine)].

   Raccolta di campioni biologici: tutte le biopsie muscolari e i prelievi di sangue vengono eseguiti da personale clinico e di ricerca addestrato e professionale, esperto e certificato a livello locale.

   Scansioni DXA: tutte le scansioni DXA vengono eseguite da tecnici qualificati presso UAB.

   Test genetici: i test genetici dei campioni saranno collegati a un ID partecipante univoco che non identificherà in alcun modo un partecipante. I collegamenti alle informazioni sanitarie personali sono tenuti al sicuro presso il sito clinico (UAB).

   La ricerca sarà condotta da personale ben addestrato ed esperto che sarà identificato presso l'IRB prima di lavorare a questo studio.

   Il PI sarà il responsabile ultimo del monitoraggio dei dati e della sicurezza: (i) mantenere tutti i documenti dello studio aggiornati e disponibili per l'ispezione da parte dello sponsor, dell'UAB IRB e di altri revisori autorizzati; (ii) Garantire che vengano seguiti meccanismi adeguati per proteggere la sicurezza dei partecipanti allo studio; (iii) Garantire il rispetto dei requisiti del protocollo; e (iv) Garantire che i dati siano accurati, completi e sicuri. Tutti i documenti relativi allo svolgimento dello studio saranno conservati in archivio dai PI.

   Anche se questa sperimentazione non soddisfa i requisiti per un comitato di monitoraggio dei dati e della sicurezza, seguiremo un piano di monitoraggio dei dati e della sicurezza proattivo come descritto di seguito.

   1. Revisioni settimanali alle riunioni del team di ricercatori/personale delle note sullo stato di avanzamento del reclutamento, aggiornamenti/rapporti dalla palestra, dai laboratori e dal personale addetto alla gestione dei dati e nuovi dati disponibili.
   2. Revisione trimestrale dei PI sulla sicurezza e analisi provvisoria dei dati.
   3. Revisione annuale eseguita dall'UAB IRB.
   4. Revisione semestrale sulla sicurezza del paziente da parte del team dello studio.

   Tutti gli eventi avversi non gravi saranno documentati e un riepilogo consegnato all'UAB IRB a intervalli predeterminati (almeno una volta all'anno). Eventuali SAE saranno segnalati all'UAB IRB entro 3 giorni dalla loro scoperta. I report aggregati di AE/SAE saranno consegnati allo sponsor come richiesto. Se si verifica un AE (serio o non grave), il PI sarà immediatamente informato. A seconda dell'evento, il follow-up può richiedere ulteriori test o procedure mediche come indicato e/o l'invio a uno specialista. I medici dello studio prenderanno tali decisioni. A seconda del tipo di EA/SAE, i PI possono scegliere di interrompere il soggetto dallo studio. I PI saranno in ultima analisi responsabili della valutazione di ciascun evento avverso in relazione al protocollo, gravità e prevedibilità, qualsiasi impatto sul rapporto rischio-beneficio e se sono necessarie modifiche al documento di consenso informato e/o al protocollo. I PI avranno anche la responsabilità di determinare se il protocollo debba essere sospeso fino a quando non saranno apportate modifiche soddisfacenti; tuttavia, l'autorità ultima in tali casi spetterà all'UAB IRB.