Effecten van acuut energietekort en aerobe training op spierkwaliteit

Verantwoording van het onderzoek:

Strategieën voor gewichtsverlies die alleen energiebeperking gebruiken, kunnen leiden tot verminderde spiermassa, wat ook de gezondheid van personen met metabole aandoeningen, zoals type 2-diabetici, verder kan aantasten. Skeletspiermassa en -functie zijn essentieel voor het behoud van een gezond metabolisme en levenskwaliteit gedurende het hele leven. De combinatie van lichaamsbeweging en caloriebeperking is een krachtige interventie om het lichaamsgewicht te verminderen en het metabolisme en de gezondheidstoestand van gezonde, overgewicht en zwaarlijvige personen te verbeteren. De onderzoekers hebben eerder aangetoond dat de eiwitsynthese van skeletspieren wordt verminderd door energiebeperking en dat weerstandsoefeningen dit negatieve effect kunnen omkeren. Aërobe oefening heeft ook het vermogen om spiereiwitsynthese te stimuleren en de kwaliteit van spieren te verbeteren door de mitochondriale eiwitsynthese te verhogen. Desalniettemin is niet goed gekarakteriseerd hoe energietekort bovenop aerobe training de skeletspierkwaliteit moduleert. Bovendien hebben bestaande studies alleen gekeken naar gemengde (niet-specifieke) eiwitsynthese van verschillende intracellulaire compartimenten zonder details te geven over hoe eiwitsynthese voor specifieke eiwitten wordt gereguleerd.

Dit project zal nieuwe gegevens opleveren om de mechanismen te ontrafelen achter het positieve effect van energiebeperking en bijkomende aerobe oefeningen op de kwaliteit van de skeletspieren.

Aërobe oefening alleen is een gevestigde interventie om de mitochondriale capaciteit en skeletspierfunctie te vergroten, maar het effect op de skeletspieren van overlappende energiebeperking tijdens het uitvoeren van aërobe oefening is niet goed gekarakteriseerd. Recente bevindingen bij resusapen, waarvan de fysiologie sterk lijkt op die van mensen, hebben aangetoond dat levenslange caloriebeperking een diepgaand positief effect heeft op de skeletspieren. Deze bevindingen tonen aan dat calorierestrictie niet alleen de contractiele inhoud van spieren handhaaft, maar ook de leeftijdsgerelateerde achteruitgang van de mitochondriale inhoud en capaciteit van de skeletspieren redt. De fysieke activiteit in dit onderzoek werd echter niet gecontroleerd en leek hoger te zijn in de groep met caloriebeperking, wat een belangrijke verstorende factor vertegenwoordigt. Onderzoek bij mensen dat vergelijkbare vragen beantwoordt, is tot nu toe minder duidelijk geweest. Uitgesproken gewichtsverlies door alleen energiebeperking (10% totaal lichaamsgewicht in ~7,5 week) bij zwaarlijvige vrouwen leidt tot een afname van de mitochondriale inhoud van de spieren. In schril contrast hiermee toonde het gebruik van een mildere beperking van 25% van de totale energie alleen of in combinatie met lichaamsbeweging gedurende 6 maanden bij personen met overgewicht een verhoogde expressie van genen die coderen voor mitochondriale eiwitten in beide groepen. Ondanks deze veelbelovende bevindingen die suggereren dat gewichtsverlies in combinatie met lichaamsbeweging het skeletspiermetabolisme zal verbeteren, zijn er momenteel geen sterke gegevens die ondersteuning bieden voor het gebruik van gelijktijdige energiebeperking en aerobe training met een diepgaande analyse van de fysiologische en moleculaire effecten ervan. in mensen.

De voorgestelde studie hierin zal een korte periode van strak gecontroleerde lichaamsbeweging en inname via de voeding omvatten om aan te tonen dat energietekort tijdens het uitvoeren van aerobe oefeningen resulteert in verdere voordelen voor spiermetabolische aanpassing. Het huidige project bouwt voort op eerdere en recente onderzoeksresultaten van de onderzoeker om deze vraag rechtstreeks aan te pakken. Dit onderzoek heeft aangetoond dat weerstandstraining gedurende 30% dagelijks energietekort de afname van gemengde (niet-specifieke) myofibrillaire eiwitsynthese die wordt waargenomen bij alleen energietekort, redt. Bovendien heeft het onderzoek van de onderzoeker aangetoond dat aërobe oefening specifieke eiwitten in mitochondriën van skeletspieren bij knaagdieren opwaarts reguleert; dat het profiel van de skeletspierlipiden reageert op lichaamsbeweging en voeding; dat voeding de cellulaire reactie op aërobe oefening moduleert en, belangrijker nog; dat aërobe oefening na kortdurend (~ 14 uur) energietekort markers van mitochondriale biogenese in skeletspieren kan opwaarts reguleren en de metabole controle bij mensen kan verbeteren.

Doelstellingen & Hypothese:

De primaire onderzoeksvraag in verband met deze studie is: 'Wat is het gecombineerde effect van een energietekort en aerobe training op spierkwaliteit (synthesesnelheden van individuele, sarcoplasmatische en mitochondriale eiwitten) en intramusculaire lipidendynamiek gedurende een periode van vijf dagen bij gezonde mannetjes?'

Verdere doelstellingen:

1. Identificeer de mechanismen waarmee een energietekort op korte termijn (verkregen door gelijktijdige energiebeperking en lichaamsbeweging) de individuele spiereiwitomzet (synthese, afbraak en overvloed), intramusculaire lipidendynamiek, metabolieten en spierglycogeengehalte tijdens gewichtsverlies kan reguleren.
2. Lever nieuw bewijs voor het vermogen van een op aardappelen gebaseerd dieet als een effectieve bron van voedingsstoffen om positieve skeletspier- en metabole aanpassingen tijdens gewichtsverlies te bevorderen.

Studie hypothese:

Energiebeperking op korte termijn met gelijktijdige aerobe training zal de kwaliteit en kwantiteit van skeletspiereiwitten die verband houden met de mitochondriale capaciteit verhogen, het intracellulaire lipidedruppelprofiel van de skeletspier verbeteren en door bloed overgedragen markers van metabole gezondheid moduleren in vergelijking met training zonder energietekort.

Studiemethoden:

Deelnemers zullen eerst tests uitvoeren voor karakterisering (zie hieronder) gevolgd door een 5-daagse basislijnbeoordeling (dag -5 tot -1) en twee opeenvolgende periodes van 5 dagen van gecontroleerde training om de oxidatieve capaciteit te vergroten (3 dagen aerobe training per periode, 15 kcal/kg FFM/dag energieverbruik lopend) en energie-inname (15 dagen in totaal, met een testsessie op ochtend 16). Dit zal toestanden van energiebalans bereiken (EB; energiebeschikbaarheid - EA - 45 kcal/kg vetvrije massa (FFM)/dag), vereist voor gewichtsbehoud (dagen 1 - 5), gevolgd door energietekort (ED; EA 10 kcal/kg FFM/dag), nodig voor gewichtsverlies op dag 6 - 10. Dit experimentele ontwerp, evenals energie-inname en -verbruik, repliceert wat de onderzoekers eerder hebben gebruikt om met succes andere fysiologische effecten van ED op skeletspieren te bepalen. Vijf dagen EB en EA zullen een strakke controle van de inname via de voeding mogelijk maken en zullen voldoende zijn om veranderingen in de belangrijkste parameters die worden onderzocht op te sporen.

Karakteriseringstests voor deelnemers zullen ongeveer 15 dagen voorafgaand aan de start van de basislijnbeoordeling plaatsvinden om te bepalen of wordt voldaan aan de inclusiecriteria, fitnessniveaus (maximaal zuurstofverbruik en lactaatdrempel [via capillaire vingerprikmonsters]) en lichaamssamenstelling. Bij baseline-evaluatie zal een rustende spier een biopsie worden genomen van de vastus lateralis (quadriceps), voorafgaand aan inname van de tracer deuteriumoxide (D2O) gedurende de volgende 15 dagen om dynamische proteomische profilering van de skeletspier mogelijk te maken. Er worden in totaal 4 biopsieën per deelnemer genomen, wat in lijn is met het eerdere onderzoek van de onderzoeker. De basislijnbeoordeling wordt gebruikt voor verrijking van D2O voor dynamische proteomische profileringsassay en om ervoor te zorgen dat regelmatige fysieke activiteit van individuen overeenkomt met de vereisten van het onderzoek. Gedurende elke experimentele periode van 5 dagen werden spierbiopten (dag -5, 1, 6 en 11), dagelijkse speekselmonsters (niet-gestimuleerd, thuis verzameld) en regelmatige veneuze bloedmonsters (dag -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 & 11) worden verzameld voor de beoordeling van dynamische proteomische profilering, vezeltypespecifieke lipidedruppelprofilering, skeletspierglycogeen en D2O, en door het bloed overgedragen hormonen en metabolieten gerelateerd aan gewichtsverlies. Resting Metabolic Rate (RMR; beoordeeld via indirecte calorimetrie) en beoordeling van de lichaamssamenstelling zullen worden uitgevoerd met behulp van dubbele röntgenabsorptiometrie (DXA) -scans op dag -5, 1, 6 en 11 van de interventie. Bio-elektrische impedantieanalyse (BIA) zal ook worden gebruikt om de lichaamssamenstelling te beoordelen bij elk laboratoriumbezoek (dagen -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 & 11).

Dieetinterventies en energiebalans:

Het dieet zal de dagelijkse referentie-inname van voedingsstoffen volgen om ~ 60, 20 en 20% energie te leveren uit respectievelijk koolhydraten, vet en eiwitten. In overeenstemming met de financieringsvereisten zal het percentage van de totale energie uit op aardappelen gebaseerde bronnen >60% zijn tijdens EB en >65% tijdens ED. Aardappelen worden op verschillende manieren gekookt die geen significante hoeveelheid energie toevoegen, zoals gekookt, in de magnetron, gebakken, enz.

Manipulatie van energiebeschikbaarheid:

Energiebeschikbaarheid (EA), gedefinieerd als energie-inname minus energieverbruik door inspanning - genormaliseerd naar vetvrije massa - wordt gebruikt als een belangrijke parameter om de energiebalans te bepalen. De onderzoekers zijn de eersten die hebben aangetoond dat waarden van minder dan 30 kcal/kg/FFM skeletspierreacties kunnen moduleren, wat in overeenstemming is met ander onderzoek naar een reeks metabole reacties op EA. Op basis van dit recente onderzoek, waarbij 20 kcal/kg FFM/dag gedurende ~14 uur werd gebruikt, zal de huidige interventie langer een meer uitgesproken energietekort veroorzaken. De gemiddelde energie-inname over de 5 dagen voor een gemiddelde deelnemer van 85 kg (70 kg FFM) is 3780 kcal/dag voor EB en 1330 kcal/dag ED. Dit zal een cumulatief energietekort van ongeveer 12250 kcal bereiken over een periode van 5 dagen, wat resulteert in ongeveer ~1,5 kg verlies van lichaamsgewicht aan netto weefsel, aangezien ~7450 kcal nodig is om 1 kg netto weefsel te verliezen. Waterverlies zal verantwoordelijk zijn voor nog eens ~ 1 kg van het gewichtsverlies, wat een gevolg zal zijn van een afname van endogene koolhydraat (glycogeen) voorraden, waaraan water zich bindt, evenals waterfluctuatie als gevolg van natriumveranderingen. Skeletspierglycogeen is ook een regulator van de spier kwalitatieve aspecten en zal eveneens onderzocht worden.

onderwerpen. Een normale populatie stelt de onderzoekers in staat om de fysiologische reacties op deze interventie te bepalen. Tien jonge (18-40 jaar) gezonde, regelmatig sportende mannen met een lichaamsvetpercentage ~18-26%.

Kwaliteit:

De onderzoekers die betrokken zijn bij deze studie en die betrokken zijn bij de herziening van het studieprotocol zijn alle personeelsleden (of een PhD-student) binnen het Liverpool John Moores University Research Institute for Sport & Exercise Sciences (RISES). In de 2014 diende RISES (LJMU) 34,75 FTE (voltijdsequivalent) in bij Unit of Assessment 26 (UoA26) en behaalde een GPA (Grade Point Average) van 3,57. RISES werd tweede op GPA in de UoA en werd het leidende centrum voor sport- en bewegingswetenschappelijk onderzoekskwaliteit in het VK (4* - 61% van alle activiteiten wereldwijd toonaangevend, 3* - 36% van alle activiteiten internationaal uitstekend). RISES diende het grootste volume van 4*-outputs in (n=60) in de UoA, had 90% van de impactactiviteit beoordeeld op 4* en had 100% van de omgeving beoordeeld als 4*. Belangrijk is dat van de 1.911 inzendingen in alle 36 UoA's RISES 11e werd in het hele VK voor GPA behaald op REF2014, waardoor RISES (LJMU) tussen Oxford, UCL, LSE en Cambridge in de ranglijsten voor deze statistiek staat.