급성 에너지 결핍과 유산소 운동이 근질에 미치는 영향

연구의 정당성:

에너지 제한만을 사용하는 체중 감량 전략은 근육량 손상으로 이어질 수 있으며, 이는 제2형 당뇨병 환자와 같은 대사 상태가 있는 개인의 건강을 더욱 악화시킬 수 있습니다. 골격근의 양과 기능은 평생 동안 건강한 신진대사와 삶의 질을 유지하는 데 중요합니다. 운동과 칼로리 제한의 조합은 체중을 줄이고 건강하고 과체중 및 비만인 개인의 신진대사 및 건강 상태를 개선하기 위한 강력한 개입입니다. 연구원들은 이전에 에너지 제한으로 골격근 단백질 합성이 감소하고 저항 유형 운동이 이러한 부정적인 영향을 역전시킬 수 있음을 보여주었습니다. 유산소형 운동은 또한 근육 단백질 합성을 자극하고 미토콘드리아 단백질 합성을 증가시켜 근육의 질을 향상시키는 능력이 있습니다. 그럼에도 불구하고, 유산소 운동 위에 겹쳐진 에너지 부족이 골격근의 질을 조절하는 방법은 잘 규명되지 않았습니다. 또한, 기존 연구는 특정 단백질에 대한 단백질 합성이 어떻게 조절되는지에 대한 세부 정보를 제공하지 않고 서로 다른 세포내 구획의 혼합(비특이적) 단백질 합성만을 조사했습니다.

이 프로젝트는 골격근 품질에 대한 에너지 제한 및 부수적인 유산소 운동의 긍정적 효과 뒤에 있는 메커니즘을 밝히기 위한 새로운 데이터를 제공할 것입니다.

유산소 운동 단독은 미토콘드리아 용량과 골격근 기능을 증가시키기 위한 잘 확립된 개입이지만, 유산소 운동을 수행하는 동안 에너지 제한을 오버레이하는 골격근에 대한 효과는 잘 특성화되지 않습니다. 생리학이 인간과 매우 유사한 방식으로 반응하는 붉은털원숭이의 최근 연구 결과는 평생 칼로리 제한이 골격근에 매우 긍정적인 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 이러한 결과는 칼로리 제한이 근육의 수축성 내용물을 유지할 뿐만 아니라 골격근 미토콘드리아 내용물 및 용량의 연령 관련 감소를 구한다는 것을 보여줍니다. 그러나 이 연구에서 신체 활동은 통제되지 않았으며 칼로리 제한 그룹에서 더 높은 것으로 나타났으며 이는 중요한 교란 요인을 나타냅니다. 지금까지 유사한 질문을 다루는 인간에 대한 연구는 덜 명확했습니다. 비만 여성의 경우 에너지 제한만으로(약 7.5주 동안 총 체중의 10%) 현저한 체중 감소는 근육 미토콘드리아 함량 감소로 이어집니다. 이와는 대조적으로, 과체중인 개인에게 총 에너지의 25%를 단독으로 사용하거나 운동과 함께 6개월 동안 더 가벼운 제한을 사용하면 두 그룹 모두에서 미토콘드리아 단백질을 암호화하는 유전자의 발현이 증가하는 것으로 나타났습니다. 그러나 운동과 결합된 체중 감량이 골격근 신진대사를 향상시킬 것이라는 이러한 유망한 발견에도 불구하고 현재 에너지 제한과 유산소 운동의 생리적 및 분자적 효과에 대한 심층 분석을 통해 수반되는 에너지 제한 사용에 대한 지원을 제공하는 강력한 데이터는 없습니다. 인간에서.

여기에서 제안된 연구는 유산소 운동을 수행하는 동안 에너지 부족이 근육 대사 적응에 더 많은 이점을 가져온다는 것을 보여주기 위해 엄격하게 통제된 짧은 기간의 운동과 식이 섭취를 포함할 것입니다. 현재 프로젝트는 이 질문을 직접적으로 다루기 위해 연구자의 이전 및 최근 연구 결과를 기반으로 합니다. 이 연구는 매일 30%의 에너지 부족 동안 저항 운동이 에너지 부족만으로 관찰되는 혼합(비특이적) 근섬유 단백질 합성의 감소를 구조한다는 것을 보여주었습니다. 또한 연구자의 연구에 따르면 유산소 운동은 설치류의 골격근 미토콘드리아에 있는 특정 단백질을 상향 조절합니다. 골격근 지질 방울 프로필은 운동과 영양에 반응합니다. 그 영양은 유산소 운동에 대한 세포 반응을 조절하며, 중요하게는; 단기(~14시간) 에너지 부족 후 유산소 운동은 골격근의 미토콘드리아 생물 발생 마커를 상향 조절하고 인간의 대사 조절을 향상시킬 수 있습니다.

목표 및 가설:

이 연구와 관련된 주요 연구 질문은 '건강한 사람에서 5일 동안 근육의 질(개별, 근형질 및 미토콘드리아 단백질의 합성 속도) 및 근육 내 지질 역학에 대한 에너지 부족과 유산소 운동 훈련의 결합된 효과는 무엇입니까? 수컷?'

추가 목표:

1. 단기 에너지 부족(동시적인 에너지 제한 및 운동을 통해 달성됨)이 체중 감량 중 개별 근육 단백질 회전율(합성, 분해 및 풍부), 근육 내 지질 역학, 대사 산물 및 근육 글리코겐 함량을 조절할 수 있는 메커니즘을 식별합니다.
2. 체중 감량 중 긍정적인 골격근과 신진대사 적응을 촉진하는 효과적인 영양소 공급원으로서 감자 기반 식단의 능력에 대한 새로운 증거를 제공합니다.

연구 가설:

유산소 운동을 동반한 단기 에너지 제한은 미토콘드리아 용량과 관련된 골격근 단백질의 질과 양을 증가시키고, 골격근 세포내 지질 방울 프로파일을 개선하며, 에너지 부족이 없는 운동과 비교하여 대사 건강의 혈액 매개 지표를 조절합니다.

연구 방법:

참가자는 먼저 특성화를 위한 테스트(아래에 자세히 설명됨)를 수행한 다음 5일 기준 평가(-5일에서 -1일) 및 산화 능력을 증가시키기 위해 2회 연속 5일 제어 운동 기간(기간당 3일의 유산소 운동, 15kcal/kg FFM/일 에너지 소비 실행) 및 에너지 섭취(총 15일, 아침 16일 테스트 세션 포함). 이렇게 하면 에너지 균형 상태(EB, 에너지 가용성 - EA - 45kcal/kg의 무지방 질량(FFM)/일), 체중 유지(1~5일)에 필요한 에너지 부족 상태(ED, EA 10)를 달성할 수 있습니다. kcal/kg FFM/일), 6~10일의 체중 감량에 필요합니다. 에너지 섭취와 소비뿐만 아니라 이 실험 설계는 연구원들이 골격근에 대한 ED의 다른 생리학적 효과를 성공적으로 결정하기 위해 이전에 사용한 것을 복제합니다. 5일간의 EB 및 EA는 식이 섭취를 엄격하게 제어할 수 있으며 조사 중인 주요 매개변수의 변화를 감지하기에 충분할 것입니다.

참여자 특성화 테스트는 포함 기준, 체력 수준(최대 산소 소비량 및 젖산 역치[손가락으로 모세혈관 샘플을 통해]) 및 체성분의 준수 여부를 결정하기 위해 기준 평가 시작 ~15일 전에 진행됩니다. 기준선 평가에서 골격근의 동적 프로테오믹 프로파일링을 허용하기 위해 다음 15일 동안 추적자 중수소 산화물(D2O)을 섭취하기 전에 휴식 중인 근육을 외측광근(사두근)에서 생검할 것입니다. 연구자의 선행 연구와 일치하는 참가자당 총 4개의 생검이 수행됩니다. 기준선 평가는 동적 프로테오믹 프로파일링 분석을 위한 D2O ​​강화 및 개인의 규칙적인 신체 활동이 연구의 요구 사항과 일치하는지 확인하는 데 사용됩니다. 각 5일의 실험 기간 동안 근육 생검(-5, 1, 6 및 11일), 일일 타액 샘플(비자극, 집에서 수집) 및 일반 정맥혈 샘플(-5, 1, 3, 5일, 6, 8, 10 & 11) 동적 단백질 프로파일링, 섬유 유형 특정 지질 방울 프로파일링, 골격근 글리코겐 및 D2O, 체중 감소와 관련된 혈액 매개 호르몬 및 대사 산물의 평가를 위해 수집됩니다. 휴식 중 대사율(RMR; 간접 열량계를 통해 평가됨) 및 체성분 평가는 개입 -5, 1, 6 및 11일에 이중 X선 흡광계(DXA) 스캔을 사용하여 수행됩니다. 생체 전기 임피던스 분석(BIA)은 또한 각 실험실 방문(-5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 및 11일)에서 체성분을 평가하는 데 사용됩니다.

식이 중재 및 에너지 균형:

식단은 탄수화물, 지방 및 단백질에서 각각 ~60, 20 및 20%의 에너지를 제공하기 위해 기준 일일 영양소 섭취량을 따릅니다. 자금 요구 사항에 따라 감자 기반 공급원의 총 에너지 비율은 EB 기간 동안 >60%, ED 기간 동안 >65%가 됩니다. 감자는 삶은 것, 전자레인지, 구운 것 등과 같이 상당한 양의 에너지를 추가하지 않는 다양한 방법으로 조리됩니다.

에너지 가용성 조작:

에너지 섭취에서 운동으로 인한 에너지 소비를 뺀 값으로 정의되는 에너지 가용성(EA)은 무지방 질량으로 정규화되어 에너지 균형을 결정하는 핵심 매개변수로 사용됩니다. 연구자들은 30kcal/kg/FFM 미만의 값이 골격근 반응을 조절할 수 있음을 처음으로 보여주었으며 이는 EA에 대한 다양한 대사 반응에 대한 다른 연구와 일치합니다. ~14시간 동안 20kcal/kg FFM/일을 사용한 이 최근 연구를 기반으로 현재 개입은 더 오랫동안 더 뚜렷한 에너지 부족을 유발할 것입니다. 평균 85kg(70kg FFM) 참가자의 5일 평균 에너지 섭취량은 EB의 경우 3780kcal/일, ED의 경우 1330kcal/일입니다. 이것은 1kg의 그물 조직을 잃는 데 ~7450kcal이 필요하다는 점을 감안할 때 그물 조직에서 약 ~1.5kg의 체질량 손실을 초래하는 5일 동안 12250kcal의 대략적인 누적 에너지 적자를 달성할 것입니다. 수분 손실은 나트륨 변화로 인한 수분 변동뿐만 아니라 물이 결합하는 내인성 탄수화물(글리코겐) 저장량 감소의 결과인 체중 손실의 추가 ~1kg을 차지합니다. 골격근 글리코겐은 또한 근육 질적 측면의 조절자이며 또한 조사될 것이다.

주제. 정상 인구는 연구자들이 이 개입에 대한 생리적 반응을 결정할 수 있게 해줄 것입니다. 10명의 젊은(18-40세) 건강하고 정기적으로 운동하는 남성의 체지방률은 ~18-26%입니다.

품질:

이 연구와 관련되고 연구 프로토콜 검토와 관련된 연구원은 리버풀 존 무어스 대학교 스포츠 및 운동 과학 연구소(RISES) 내의 모든 직원(또는 박사 과정 학생)입니다. 2014년 RISES(LJMU)에서는 평가 단위 26(UoA26)에 34.75 FTE(정규직 상당)를 제출하고 3.57의 GPA(Grade Point Average)를 달성했습니다. UoA의 GPA에서 2위를 차지한 RISES는 영국의 스포츠 및 운동 과학 연구 품질을 위한 선도적인 센터가 되었습니다(4* - 전 세계 모든 활동의 61%, 3* - 국제적으로 우수한 모든 활동의 36%). RISES는 UoA에서 가장 많은 양의 4* 출력(n=60)을 제출했으며, 4*로 평가된 영향 활동의 90% 및 4*로 평가된 환경의 100%를 가졌습니다. 중요한 것은 36개 UoA의 RISES 전체에서 1,911건의 제출물 중 REF2014에서 달성한 GPA로 영국 전체에서 11위를 차지했으며 RISES(LJMU)는 옥스퍼드, UCL, LSE 및 캠브리지 사이에서 이 지표에 대한 리그 테이블에 올랐습니다.