Kan aanvullende leucine door onbruik veroorzaakte spieratrofie compenseren? (LEU-DIMA)

Het is algemeen bekend dat de skeletspiermassa progressief afneemt bij gezond ouder worden, een fenomeen dat gewoonlijk sarcopenie wordt genoemd. Na verloop van tijd leidt dit tot een verlies van functionele onafhankelijkheid en een verhoogd risico op het ontwikkelen van comorbiditeit. Recente schattingen suggereren dat 30% van de mensen in de leeftijd van 75-84 jaar lijdt aan sarcopenie. Aangezien de bevolking van 85 jaar en ouder snel groeit, legt sarcopenie een aanzienlijke sociaaleconomische last op de gezondheidszorg. Vanuit een fysiologisch perspectief is het behoud van spiermassa afhankelijk van een goed evenwicht tussen spiereiwitsynthese (MPS) en afbraaksnelheid (MPB). Op oudere leeftijd is de reactie van MPS op voeding verstoord ('anabole weerstand' genoemd), waardoor de spieren in een chronische katabole toestand verkeren en uiteindelijk de progressie van sarcopenie ondersteunen.

Leeftijdsgebonden spieranabole resistentie kan het gevolg zijn van een opeenstapeling van perioden van inactiviteit/niet-gebruik, die sterk geassocieerd zijn met een afname van de spiermassa (atrofie) bij zowel jong als oud. In feite is het daarmee gepaard gaande verlies van spiermassa het snelst bij het begin van spieronbruik, met een significante afname van spiermassa na slechts 5 dagen van onbruik. Dit is van bijzonder belang omdat de gemiddelde duur van ziekenhuisopname bij oudere personen 5-6 dagen is. Door onbruik geïnduceerde spierdeconditionering wordt toegeschreven aan afname van MPS als reactie op voeding, en mogelijk een verhoogde MPB. Daarom kan een opeenhoping van deze periodes van niet-gebruik gedurende het hele leven leiden tot een versnelling van het traject van sarcopenie dat vaak wordt gezien bij het ouder worden. Bijgevolg moeten voedingsstrategieën om gezonde veroudering van het bewegingsapparaat te maximaliseren, zich richten op het verlichten van spiermetabolische ontregeling tijdens kortstondig niet-gebruik.

Een manier om spierverslechtering tegen te gaan tijdens kortstondig niet-gebruik, is het verhogen van de eiwitconsumptie via de voeding. In feite is voldoende eiwitinname een noodzaak voor spieren om in een positieve netto eiwitbalans te blijven, waarbij het belang van deze voedingsinterventie toeneemt tijdens periodes van niet-gebruik. Deze benadering is echter niet altijd haalbaar, aangezien de activiteitsniveaus beperkter zijn tijdens periodes van niet-gebruik en het dus minder waarschijnlijk is dat individuen voldoende voedsel binnenkrijgen. Een meer haalbare benadering zou kunnen zijn om de anabole potentie van suboptimale eiwitdoses te versterken door suppletie met het aminozuur leucine. Leucine is uniek in zijn vermogen om de eiwitbalans meer dan enig ander aminozuur te verhogen door stimulatie van MPS en onderdrukking van MPB. Leucine zorgt voor een sterk antikatabolisch effect tijdens immobilisatie van de achterpoten bij ratten, wat nog moet worden onderzocht bij mensen. Daarom is het duidelijk dat leucine een levensvatbare strategie vertegenwoordigt om de ontregeling van MPS en MPB te compenseren en de gezondheid van het bewegingsapparaat te behouden tijdens kortstondig niet-gebruik bij zowel jonge als oude individuen en daarom verder onderzoek rechtvaardigt.

Deelnemers:

Vierentwintig gezonde (niet-zwaarlijvige, niet-diabetische, niet-rokers) mannen in de leeftijd van 18-35 jaar zullen worden aangeworven om deel te nemen aan het onderzoek. De huidige studie zal een placebogecontroleerde, dubbelblinde studie zijn met twee interventiegroepen, waarin deelnemers willekeurig worden toegewezen aan aanvullende leucine (LEU; n=12) of placebo (PLA; n=12) gedurende 7 dagen van unilaterale toediening. been immobilisatie. Deelnemers zullen actief zijn, maar atletisch ongetraind (d.w.z. lichaamsbeweging ≤3x/week). Alle onderzoeksprocedures zullen duidelijk worden uitgelegd en deelnemers zullen schriftelijke geïnformeerde toestemming geven voorafgaand aan het verkrijgen van basislijnmetingen.

Inschrijving:

Deelnemers worden uitgenodigd voor de School of Sport, Exercise and Rehabilitation Sciences van de University of Birmingham. Bij aankomst zal een bij de proef betrokken onderzoeker de onderzoeksopzet en interventies aan de deelnemer uitleggen. Deelnemers krijgen de gelegenheid om vragen te stellen over het onderzoek en krijgen de tijd om te beslissen of ze al dan niet willen deelnemen. Als de deelnemer bereid is deel te nemen, wordt de deelnemer gevraagd een toestemmingsformulier te ondertekenen en een gezondheidsvragenlijst in te vullen. Als de deelnemer is vertrokken, wordt de deelnemer willekeurig ingedeeld in de leucine- of placebogroep. Deelnemers wordt gevraagd een driedaags dieetdagboek in te vullen om de gebruikelijke inname via de voeding te beoordelen.

Voorlopige beoordelingen:

Na uitleg van het onderzoek en het verkrijgen van geïnformeerde toestemming, zullen de deelnemers zich om 08.00-09.00 uur bij het laboratorium melden na 10 uur te hebben gevast en 24 uur eerder te hebben afgezien van krachtige lichaamsbeweging en alcohol. De basisspierfunctie van de deelnemer wordt verkregen door metingen van de maximale isometrische en isokinetische kracht van de knie-extensor- en flexorspieren met behulp van een isokinetische dynamometer. Na krachttesten zullen de onderzoekers individuen voorzien van een driedaags dieetdagboek en activiteitenmonitor. Drie dagen na de baseline krachtmetingen zullen de deelnemers zich opnieuw melden bij het laboratorium om 08.00-09.00 uur na een nachtelijke vastenperiode van 10 uur. Deelnemers worden gewogen op een digitale weegschaal tot op 0,1 kg nauwkeurig in lichte kleding. Er zullen dubbele röntgenabsorptiometrie (DXA) en echografieën worden uitgevoerd om de samenstelling van de dij (vet en vetvrije massa) te bepalen.

Immobilisatie:

Om 08.00-09.00 uur op de ochtend na voorlopige beoordelingen ondergaan de deelnemers 7 dagen unilaterale beenimmobilisatie. Een enkel been wordt willekeurig geselecteerd (links/rechts uitgebalanceerd) en in een beenbrace geplaatst. Deelnemers lopen met krukken en doen dagelijkse enkeloefeningen om het risico op diepe veneuze trombose te minimaliseren, zoals aangegeven door een gekwalificeerde fysiotherapeut. Deelnemers mogen de kniebrace ook verwijderen tijdens de nachtelijke slaap. Een getrainde fysiotherapeut zal de deelnemer instrueren over het veilig gebruik van krukken (d.w.z. traplopen). Tijdens elke hoofdmaaltijd in de immobilisatieperiode consumeren de deelnemers 5 g van een poedervormig LEU- of PLA-supplement met 250-300 ml water, wat binnen de veilige limieten valt. De inname via de voeding zal tijdens de immobilisatieperiode worden gecontroleerd op basis van de totale calorie-inname van de persoon (afgeleid van gestandaardiseerde vergelijkingen), met een samenstelling van macronutriënten van 55% koolhydraten, 30% vet en 15% eiwit. De totale hoeveelheid ingenomen eiwit komt overeen met 1,0g/kg/dag. De activiteitsniveaus van de deelnemer worden gedurende de periode van 7 dagen gevolgd door middel van een activiteitsmonitor die om de pols wordt gedragen.

Experimentele proeven:

Op de ochtend die het einde van de immobilisatieperiode van 7 dagen markeert, zullen de deelnemers zich na een nacht vasten om 06.00-07.00 uur bij het laboratorium melden. Echografie en DXA-beoordelingen worden herhaald, waarna onmiddellijk een katheter wordt ingebracht in een onderarmader van beide armen voor i) frequente bloedafname bij -150, -90, 0, 20, 40, 60, 80, 120, 180, 240 minuten van de experimentele proef (∼ 100 ml in totaal) en ii) een continue infusie van een stabiele isotoop-aminozuurtracer (L- [ring] 13C6-fenylalanine). De deelnemers blijven tijdens de proef in rugligging. Na 150 minuten infusie wordt onder plaatselijke verdoving een spierbiopsie genomen van de quadricepsspier van geïmmobiliseerde en niet-geïmmobiliseerde benen. Deelnemers consumeren dan een melkeiwitdrank van 20 g. Na 270 minuten en 390 minuten infusie zullen verdere biopsieën van beide benen worden verkregen. Aldus zullen tijdens de proef in totaal 6 invasieve spierbiopten worden verkregen (3 van elk been), waarbij elke biopsie wordt verkregen uit een afzonderlijke incisie met een tussenruimte van ∼ 3 cm. Dit tweetraps infusieontwerp met stabiele isotopen maakt een efficiënte beoordeling van MPS mogelijk bij de overgang van post-absorptieve (0-120 min) naar postprandiale omstandigheden (120-240 min). De beenkracht zal opnieuw worden beoordeeld een dag na de infusie met stabiele isotoop om 08.00-09.00 uur na 10 uur vasten om elk interferentie-effect van eerdere contractie op de spiereiwitvernieuwing te voorkomen.

Gegevensanalyse:

Om de myofibrillaire en mitochondriale eiwitsynthese te berekenen, zullen de onderzoekers typische geavanceerde massaspectrometrische technieken gebruiken om isotopische tracerverrijking in biopsie-geïsoleerde spiereiwitten en plasma te bepalen. Intramusculaire "anabole signalen" (in de mTORC1-route) en "katabole" signalen zullen worden bepaald via western blot en q-rtPCR-analyse. Respirometrie met hoge resolutie zal ook worden gebruikt om de mitochondriale functie van biopsie-geïsoleerd skeletspierweefsel in zowel de controle- als de geïmmobiliseerde ledematen te beoordelen.