Presisjonstrening med høy intensitet gjennom epigenetikk (PHITE) (PHITE)

Oversikt:

Det amerikanske militæret er avhengig av fysisk trening for å øke og opprettholde styrkeberedskapen. I denne studien antar vi at epigenetisk modifikasjon er en primær mekanisme der spesifikke resepter for fysisk trening forvandler krigsfighter-genotype til krigsbekjempende fenotype. Målet vårt med dette programmet er tredelt. Vi vil (1) identifisere treningsmetoder som modifiserer epigenetiske responser; (2) karakterisere epigenetisk regulering av fysiologiske prosesser, veier og mekanismer assosiert med moderat og høy intensitet fysisk trening, og (3) produsere sanntids biomarkører for kardiorespiratorisk og nevromuskulær ytelse som forutsier fysisk treningsutfall. Vi vil tilfredsstille disse målene gjennom følgende seks forskningsprosjekter:

I. Fenotyping av treningsdose-respons

1. Bestem effekten av treningsintensitet på nevromuskulær og kardiorespiratorisk ytelse
2. Vurder virkningen av baseline, fenotype før trening på akutt respons og tilpasningsevne til treningsregimer med ulike intensiteter
3. Bestem effekten av treningsintensitet på mekanismer som regulerer muskelproteinmetabolisme, myofiberhypertrofi og muskeloksidativ kapasitet

II. Sanntids genetiske og epigenetiske biomarkører for ytelse

1. Identifiser muskel miRNA som er differensielt uttrykt som svar på varierende treningsintensitet
2. Identifiser sirkulerende muskelavledet miRNA som er differensielt uttrykt som respons på varierende treningsintensitet
3. Genotype individuelt atletisk potensial for biomarkøroptimalisering

IV. Epigenomiske signaturer av menneskelig ytelse

1. Identifiser og korreler treningsinduserte metyleringsendringer i blod og muskler
2. Funksjonelt koble endringer i genuttrykkssignaturer og fysiologiske utfall
3. Definer nukleær reseptor-induserte epigenetiske signaturer i metabolsk aktivt vev

V. Treningsinduserte histonmodifikasjoner og kromatinremodellering

1. Modifisering av profilhistoner og signaturer for bruk av histonunderenhet
2. Vurder kromatin som en signalintegrasjonsplattform for langsiktig stabilitet

VI. Integrativ epigenomikk

1. Kategoriser baseline ytelse og gruppefag
2. Karakteriser epigenetiske endringer som respons på varierte treningsintensiteter
3. Utvikle prognosemodeller fra miRNA biomarkører for ytelse

4. Utvikle modeller for epigenetiske regulatoriske nettverk ved hjelp av Deep Belief Networks

   UAB vil registrere sunne, utrente menn og kvinner som ligner den amerikanske soldaten. De deltar i en treningstest med treningsdoserespons som varer i omtrent 12 uker.

   Det er 2 tilfeldig tildelte treningsoppskrifter: MOD - 3 dager per uke på tredemølle eller ergometer for skrivesaker, kombinert med 2 dager per uke med styrketrening; HI - 3 dager per uke høy intensitet intervalltrening som ligner militær høy intensitet taktisk trening, kombinert med høy intensitet motstandstrening 2 dager per uke.

   Fysisk ytelse evalueres før trening, midt i trening og etter trening. I tillegg blir kroppssammensetning evaluert før og etter trening. Muskelbiopsier og blodprøver utføres ved akutte treningsreaksjoner før trening og etter trening, og prøver sendes til flere studiesteder for spesifikke evalueringer.

   Rekruttering:

   Deltakerne rekrutteres gjennom IRB-godkjente annonser.

   Informert samtykke:

   Når en person er identifisert; oppfyller inkluderings-/eksklusjonskriteriene (pre-screen); og uttrykker interesse for studien, gir et medlem av forskerteamet individet et samtykkeskjema for gjennomgang. Et medlem av teamet følger opp med den enkelte for å forklare studien ytterligere og gi mulighet for den potensielle deltakeren til å stille spørsmål. Hvis personen bestemmer seg for å delta, planlegges han/hun for det første besøket. Han/hun oppfordres til å stille ytterligere spørsmål før han gir skriftlig informert samtykke.

   Deltakerprosedyrer:

   MOD treningsregime - 3 dager per uke med utholdenhetstrening med 70 % pulsreserve i 30 minutter på en stasjonær syklus eller tredemølle, kombinert med motstandstrening på 2 av de 3 dagene. Resepttreningsresepten innebærer 3 sett x 10-14 repetisjoner for hver bevegelse, med 1 minutt hvile mellom settene. Bevegelsene inkluderer benpress eller knebøy, kneforlengelse, brystpress, overheadpress, sittende rad, nedtrekk med bredt grep, mageknas, hælhevning, triceps-press ned, biceps-curl. Motstandsbelastninger økes når 14 repetisjoner oppnås for 2 av 3 sett. Hjertefrekvensen overvåkes gjennom hver økt.

   HI Treningsregime - 3 dager per uke med maksimal intensitetsintervalltrening, kombinert med motstandstrening på 2 av de 3 dagene. I stedet for utholdenhetstrening med moderat intensitet, utfører deltakerne i denne gruppen 10 høyintensive intervaller (30 sek arbeid, 30 sek hvile) inkludert box jumps, burpees, split squat jumps, kettle bell swings, sykkelsprinter, battle ropes, wall ball , dipper osv. Resepttreningsresepten innebærer 3 sett x 8-10 repetisjoner for samme bevegelser som MOD, men med supersett av to bevegelser. Motstandsbelastninger økes når 10 repetisjoner oppnås for 2 av 3 sett. Hvileperioder er 30-45 sekunder mellom supersett. Hjertefrekvensen overvåkes gjennom hver økt.

   DXA-skanning – Dual energy x-ray absorptiometri (DXA)-prosedyren for bestemmelse av kroppssammensetning (muskler, fett, bein) involverer mindre røntgeneksponering. DXA vil bli utført i uke 0 og 12. Den effektive doseeksponeringen er sammenlignbar med 4 timers soleksponering

   Uringraviditetstest - Alle kvinner som har hatt minst én menstruasjonssyklus, har en uringraviditetstest ved første vurdering og før hver DEXA-skanning. Alle kvinner som har hatt minst én menstruasjonssyklus blir stilt spørsmål knyttet til deres menstruasjonssyklus. Fordi hormonnivåer kan ha betydelig innvirkning på bioprøveanalysen, vil den akutte treningskampen med muskel- og blodansamlinger etter intervensjonsperioden bli tidsbestemt til å skje i samme fase av menstruasjonssyklusen som den akutte responsøvelsen før trening.

   Muskelprøvetaking - Totalt 7 muskelprøver blir samlet inn ved perkutan nålmuskelbiopsi fra vastus lateralis ved bruk av etablerte prosedyrer:

   3 samlet før og etter den første akutte-respons-øvelsen i pre-treningstilstanden (før trening, 3 timer etter trening, 24 timer etter trening); 3 samlet før og etter den akutte responsøvelsen i post-treningstilstanden (før trening, 3 timer etter trening, 24 timer etter trening);

   1 samlet ved et oppfølgingsbesøk 4 uker etter avslutningen av intervensjonsperioden.

   Blodprøvetaking - Totalt 9 blodprøver tas ved venepunktur ved bruk av etablerte prosedyrer:

   4 samlet før og etter den første øvelsen med akutt respons i pre-treningstilstanden (før trening, 15 minutter etter trening, 3 timer etter trening, 24 timer etter trening); 3 samlet før og etter den akutte responsøvelsen i post-treningstilstanden (før trening, 15 min etter trening, 3 timer etter trening, 24 timer etter trening);

   1 samlet ved et oppfølgingsbesøk 4 uker etter avslutningen av intervensjonsperioden.

   Treningsytelsesevalueringer - 1-repetisjon maksimal (1RM) styrke på over- og underkroppsbevegelser, maksimal aerob kapasitet (VO2peak) på et syklusergometer, Wingate anaerob krafttest, maksimal muskelkraft til kneekstensorene ved bruk av et datastyrt dynamometer, og vertikale hopptest utføres før og etter intervensjonsperioden. Noen ytelsestester gjennomføres også midt i intervensjonen (ca. uke 6).

   Diettinntak - Kostinntaket vil bli overvåket ved å bruke en validert 24-timers tilbakekalling i uke 0 og 12.

   Kvalitetssikring:

   Øvelsesøkter: Deltakerne vil bli nøye instruert i riktige metoder og overvåkes kontinuerlig. Alle treningsøkter utføres under full tilsyn av erfarent, sertifisert personale [Certified Strength and Conditioning Specialist (National Strength and Conditioning Association) og/eller Certified Exercise Specialist (American College of Sports Medicine)].

   Bioprøvesamling: Alle muskelbiopsier og blodprøver utføres av trente, profesjonelle klinikere og forskningspersonell som er erfarne og lokalt sertifiserte.

   DXA-skanninger: Alle DXA-skanninger utføres av opplærte teknikere ved UAB.

   Genetisk testing: Genetisk testing av prøver vil bli knyttet til en unik deltaker-ID som ikke vil identifisere en deltaker på noen måte. Koblinger til personlig helseinformasjon holdes sikkert på det kliniske nettstedet (UAB).

   Forskningen vil bli utført av godt trent og erfarent personell som vil bli identifisert til IRB før arbeidet med denne studien.

   PI vil i siste instans være ansvarlig for data- og sikkerhetsovervåking: (i) Holde alle studiedokumenter oppdatert og tilgjengelig for inspeksjon av sponsoren, UAB IRB og andre autoriserte anmeldere; (ii) å sikre at passende mekanismer for å beskytte sikkerheten til studiedeltakere blir fulgt; (iii) Sikre overholdelse av protokollkrav; og (iv) sikre at data er nøyaktige, fullstendige og sikre. Alle dokumenter knyttet til gjennomføringen av studien vil bli lagret av PI-ene.

   Selv om denne utprøvingen ikke oppfyller kravene til et data- og sikkerhetsovervåkingsråd, vil vi følge en proaktiv data- og sikkerhetsovervåkingsplan som beskrevet nedenfor.

   1. Ukentlige gjennomganger på etterforskere/stabsmøter av fremdriftsnotater for rekruttering, oppdateringer/rapporter fra treningsanlegget, laboratorier og databehandlingspersonale, og nylig tilgjengelige data.
   2. PIs kvartalsvise gjennomgang av sikkerhets- og interimdataanalyse.
   3. Årlig gjennomgang utført av UAB IRB.
   4. Halvårlig pasientsikkerhetsgjennomgang av studieteamet.

   Alle ikke-alvorlige AE vil bli dokumentert, og et sammendrag leveres til UAB IRB med forhåndsbestemte intervaller (minst årlig). Eventuelle SAE-er vil bli rapportert til UAB IRB innen 3 dager etter oppdagelsen. Samlede rapporter om AEer/SAEs vil bli levert til sponsoren etter mandat. Hvis en AE (alvorlig eller ikke-alvorlig) oppstår, vil PI umiddelbart bli varslet. Avhengig av hendelsen kan oppfølging kreve ytterligere tester eller medisinske prosedyrer som angitt, og/eller henvisning til en spesialist. Studielegene vil ta slike beslutninger. Avhengig av typen AE/SAE, kan PI-ene velge å avbryte emnet fra studien. PI-ene vil være til syvende og sist ansvarlige for å evaluere hver AE for forhold til protokollen, alvor og forventethet, eventuell innvirkning på risiko-til-nytte-forholdet, og om det er nødvendig med endringer i dokumentet og/eller protokollen for informert samtykke. PI-ene vil også ha ansvaret for å avgjøre om protokollen må suspenderes inntil tilfredsstillende modifikasjoner er gjort; den endelige myndighet i slike tilfeller vil imidlertid ligge hos UAB IRB.