急性エネルギー不足と有酸素運動が筋肉の質に及ぼす影響

研究の正当化:

エネルギー制限のみを使用する減量戦略は筋肉量の低下につながる可能性があり、2 型糖尿病患者などの代謝疾患を持つ個人の健康をさらに損なう可能性もあります。 骨格筋の量と機能は、生涯を通じて健康な代謝と生活の質を維持するための鍵となります。 運動とカロリー制限の組み合わせは、健康な人、過体重、肥満の人の体重を減らし、代謝と健康状態を改善するための強力な介入です。 研究者らは以前、エネルギー制限により骨格筋タンパク質合成が減少し、レジスタンスタイプの運動がこの悪影響を逆転できることを示した。 有酸素運動には、筋タンパク質の合成を刺激し、ミトコンドリアタンパク質の合成を増加させることで筋肉の質を改善する効果もあります。 それにもかかわらず、有酸素運動に加えてエネルギー不足が骨格筋の質をどのように調節するのかは十分に解明されていない。 さらに、既存の研究は、異なる細胞内コンパートメントの混合（非特異的）タンパク質合成のみを調べており、特定のタンパク質のタンパク質合成がどのように調節されるかについての詳細は提供されていない。

このプロジェクトは、エネルギー制限とそれに伴う有酸素運動が骨格筋の質に及ぼすプラスの効果の背後にあるメカニズムを解明するための新しいデータを提供します。

有酸素運動単独は、ミトコンドリア容量と骨格筋機能を増加させるための十分に確立された介入であるが、有酸素運動の実施中にエネルギー制限を重ねることが骨格筋に及ぼす影響については十分に解明されていない。 生理学的反応がヒトと非常によく似ているアカゲザルにおける最近の発見は、生涯にわたるカロリー制限が骨格筋に大きなプラスの効果をもたらすことを示した。 これらの発見は、カロリー制限が筋肉の収縮量を維持するだけでなく、加齢に伴う骨格筋のミトコンドリア量と能力の低下も防ぐことを示しています。 しかし、この研究では身体活動はコントロールされておらず、カロリー制限グループの方が高いようであり、重要な交絡因子となっています。 同様の疑問に対処する人間を対象とした研究はこれまでのところあまり明確になっていない。 肥満女性のエネルギー制限のみによる顕著な体重減少（約7.5週間で総体重の10％）は、筋肉のミトコンドリア含有量の減少につながります。 まったく対照的に、過体重の人に6か月間、総エネルギーの25％というより緩やかな制限を単独で、または運動と組み合わせて行うと、両方のグループでミトコンドリアタンパク質をコードする遺伝子の発現増加が示された。 しかし、運動と減量を組み合わせると骨格筋の代謝が促進されることを示唆するこれらの有望な発見にもかかわらず、エネルギー制限と有酸素運動の併用について、その生理学的および分子的効果を詳細に分析して支持する強力なデータは現在ありません。人間では。

ここで提案された研究には、有酸素運動を行っている間のエネルギー不足が筋肉の代謝適応にさらなる利益をもたらすことを示すために、短期間の厳密に制御された運動と食事摂取が含まれます。 現在のプロジェクトは、この疑問に直接対処するために、研究者の以前および最近の研究結果に基づいて構築されています。 この研究は、毎日のエネルギー不足が 30% の場合にレジスタンス運動を行うと、エネルギー不足のみの場合に観察される混合型 (非特異的) 筋原線維タンパク質合成の減少が回復することを示しました。 さらに、研究者の研究は、有酸素運動がげっ歯類の骨格筋ミトコンドリア内の特定のタンパク質を上方制御することを示しました。骨格筋の脂肪滴プロファイルは運動と栄養に反応します。栄養は有酸素運動に対する細胞の反応を調節すること、そして重要なことに、短期間（約14時間）のエネルギー不足後の有酸素運動は、骨格筋におけるミトコンドリア生合成のマーカーを上方制御し、ヒトの代謝制御を改善する可能性がある。

目的と仮説:

この研究に関連する主な研究課題は、「健康な人の5日間にわたる筋肉の質（個々の筋小体タンパク質およびミトコンドリアタンパク質の合成速度）および筋肉内脂質動態に対する、エネルギー不足と有酸素運動トレーニングの複合的な影響は何か」です。男性は？

さらなる目標:

1. 短期的なエネルギー不足（エネルギー制限と運動の併用によって達成される）が、減量中の個々の筋肉タンパク質の代謝回転（合成、分解、存在量）、筋肉内脂質動態、代謝産物、および筋グリコーゲン含有量を調節するメカニズムを特定します。
2. ジャガイモベースの食事が、減量中に積極的な骨格筋と代謝適応を促進する効果的な栄養素源として機能するという新しい証拠を提供します。

研究仮説:

有酸素運動を伴う短期間のエネルギー制限は、エネルギー不足のない運動と比較して、ミトコンドリア能力に関連する骨格筋タンパク質の質と量を増加させ、骨格筋の細胞内脂肪滴プロファイルを改善し、代謝の健康を示す血液由来のマーカーを調節します。

勉強方法:

参加者はまず特性評価のための検査（詳細は下記）を実施し、続いて5日間のベースライン評価（-5日目から-1日目）、および酸化能力を高めるための2つの連続した5日間の制御された運動期間（各期間あたり3日間の有酸素運動、 15 kcal/kg FFM/日のランニングエネルギー消費量とエネルギー摂取量（合計 15 日間、16 日の朝にテストセッションを実施）。 これにより、体重維持に必要なエネルギーバランス（EB; エネルギー利用可能性 - EA - 45 kcal/kg の除脂肪量（FFM）/日）が達成され（1 ～ 5 日目）、その後エネルギー不足（ED; EA 10）が続きます。 kcal/kg FFM/日)、6 ～ 10 日目の減量に必要です。 この実験計画、およびエネルギー摂取量と消費量は、研究者らが骨格筋に対する ED の他の生理学的影響を首尾よく決定するために以前に使用したものを再現しています。 5 日間の EB および EA により、食事摂取量を厳密に制御でき、調査対象の主要パラメーターの変化を検出するには十分です。

参加者の特性評価テストは、対象基準、フィットネスレベル（最大酸素消費量と乳酸閾値（指穿刺毛細管サンプルによる））および体組成への準拠を決定するために、ベースライン評価の開始の約15日前に行われます。 ベースライン評価では、安静時の筋肉の外側広筋 (大腿四頭筋) から生検が採取され、その後 15 日間にわたってトレーサー酸化重水素 (D2O) を摂取し、骨格筋の動的プロテオミクス プロファイリングが可能になります。 参加者ごとに合計 4 回の生検が行われますが、これは研究者の以前の研究と一致しています。 ベースライン評価は、動的プロテオミクスプロファイリングアッセイのための D2O の濃縮に使用され、個人の定期的な身体活動が研究の要件と一致していることを確認します。 各 5 日間の実験期間を通して、筋生検 (-5、1、6、および 11 日目)、毎日の唾液サンプル (刺激なし、自宅で収集)、および定期的な静脈血サンプル (-5、1、3、5 日目、 6、8、10、11）は、動的プロテオミクスプロファイリング、繊維型特異的脂肪滴プロファイリング、骨格筋グリコーゲンと D2O、および体重減少に関連する血液由来のホルモンと代謝産物の評価のために収集されます。 安静時代謝率（RMR;間接熱量測定により評価）と体組成の評価は、介入の-5、1、6、11日目にデュアルX線吸光光度法（DXA）スキャンを使用して実施されます。 生体電気インピーダンス分析 (BIA) も、各検査室訪問時 (-5、1、3、5、6、8、10、11 日目) に体組成を評価するために使用されます。

食事介入とエネルギーバランス:

食事は、炭水化物、脂肪、タンパク質からそれぞれエネルギーの約 60、20、20% を提供するための栄養素の 1 日の基準摂取量に従います。 資金要件に沿って、ジャガイモベースのエネルギー源からの総エネルギーの割合は、EB 中に 60% を超え、ED 中に 65% を超えます。 ジャガイモは、茹でる、電子レンジで加熱する、焼くなど、大量のエネルギーを追加しないさまざまな方法で調理されます。

エネルギー利用可能性の操作:

エネルギー利用可能性（EA）は、エネルギー摂取量から運動によるエネルギー消費量を差し引いたもの（除脂肪量に正規化されたもの）として定義され、エネルギーバランスを決定するための重要なパラメーターとして使用されます。 研究者らは、30 kcal/kg/FFM未満の値が骨格筋反応を調節できることを初めて示した。これは、EAに対するさまざまな代謝反応に関する他の研究と一致している。 20 kcal/kg FFM/日を約 14 時間使用したこの最近の研究に基づくと、現在の介入はより長期にわたり、より顕著なエネルギー不足を引き起こすことになります。 平均的な体重 85 kg (FFM 70 kg) の参加者の 5 日間の平均エネルギー摂取量は、EB で 3,780 kcal/日、ED で 1,330 kcal/日になります。 これにより、5 日間でおよそ 12,250 kcal の累積エネルギー不足が達成され、正味組織から約 1.5 kg の体重が減少します。ただし、正味組織 1 kg を失うには約 7,450 kcal が必要です。 水分の損失は、体重の減少のさらに約 1 kg を占めます。これは、水が結合する内因性炭水化物 (グリコーゲン) 貯蔵量の減少と、ナトリウムの変化による水分の変動の結果です。 骨格筋グリコーゲンも筋肉の質的側面の調節因子であり、これについても研究される予定です。

科目。 正常な集団を使用すると、研究者はこの介入に対する生理学的反応を判断できます。 10 人の若者 (18 ～ 40 歳) で、健康で定期的に運動をしている体脂肪率が 18 ～ 26% の男性。

品質：

この研究に関係し、研究計画のレビューに関係する研究者は、リバプール・ジョン・ムーアズ大学スポーツ・運動科学研究所（RISES）のスタッフ全員（または博士課程の学生）です。 2014 年の RISES (LJMU) は、評価単位 26 (UoA26) に 34.75 FTE (フルタイム換算) を提出し、GPA (Grade Point Average) 3.57 を達成しました。 UoA の GPA で 2 位にランクされた RISES は、英国におけるスポーツおよび運動科学研究の質をリードするセンターとなりました (全アクティビティの 4* - 61% が世界トップクラス、全アクティビティの 3* - 36% が国際的に優れた基準)。 RISES は UoA 内で最大の 4* 成果を提出し (n=60)、影響活動の 90% が 4* と評価され、環境の 100% が 4* と評価されました。 重要なことは、UoA の RISES は全 36 校の 1,911 件の応募のうち、REF2014 で達成された GPA で英国全体で 11 位となり、RISES (LJMU) はこの指標の順位表でオックスフォード、UCL、LSE、ケンブリッジの中にランクインしました。