Kan supplerende leucin kompensere muskelatrofi forårsaket av misbruk? (LEU-DIMA)

Det er veletablert at skjelettmuskelmassen avtar gradvis med sunn aldring, et fenomen som ofte kalles sarkopeni. Overtid fører dette til tap av funksjonell uavhengighet og gir økt risiko for å utvikle en komorbiditet. Nyere estimater tyder på at 30 % av de i alderen 75-84 år lider av sarkopeni. Ettersom befolkningen på 85 år og over vokser raskt, legger sarkopeni en betydelig sosioøkonomisk belastning for helsetjenester. Fra et fysiologisk perspektiv er vedlikehold av muskelmasse avhengig av en fin balanse mellom muskelproteinsyntese (MPS) og nedbrytningshastigheter (MPB). I høy alder er MPS-responsen på ernæring svekket (kalt 'anabol motstand'), og etterlater muskler i en kronisk katabolsk tilstand og til slutt underbygger progresjonen av sarkopeni.

Aldersassosiert muskelanabolsk motstand kan stamme fra en opphopning av perioder med inaktivitet/bruk, som er sterkt assosiert med en nedgang i muskelmasse (atrofi) hos både unge og gamle. Faktisk er det tilknyttede tapet av muskelmasse det raskeste ved begynnelsen av muskelsvikt, med betydelige reduksjoner i muskelmasse som oppstår etter bare 5 dager uten bruk. Dette er spesielt viktig siden gjennomsnittlig innleggelsestid hos eldre personer på 5-6 dager. Ubruksindusert muskeldekondisjonering tilskrives nedgang i MPS som respons på ernæring, og potensielt en forhøyet MPB. Derfor kan en akkumulering av disse periodene med ubruk i løpet av livet føre til en akselerasjon i sarkopenibanen som ofte sees med aldring. Følgelig bør ernæringsstrategier for å maksimere sunn muskel-skjelettaldring fokusere på å lindre muskelmetabolsk dysregulering under kortvarig bruk.

En tilnærming for å motvirke muskelforringelse under kortvarig bruk er å øke proteinforbruket i kosten. Faktisk er tilstrekkelig proteininntak en nødvendighet for at muskler skal forbli i en positiv netto proteinbalanse, og viktigheten av denne ernæringsintervensjonen øker i perioder uten bruk. Denne tilnærmingen er imidlertid ikke alltid gjennomførbar ettersom aktivitetsnivået er mer begrenset i perioder med ubruk og dermed mindre sannsynlighet for at individer inntar tilstrekkelig næringsinntak. En mer gjennomførbar tilnærming kan være å øke den anabole styrken til suboptimale proteindoser gjennom tilskudd med aminosyren leucin. Leucin er unik i sin evne til å øke proteinbalansen mer enn noen annen aminosyre gjennom stimulering av MPS og undertrykkelse av MPB. Leucin gir en sterk anti-katabolisk effekt under immobilisering av bakben hos rotter, som ennå ikke er undersøkt hos mennesker. Derfor er det klart at leucin representerer en levedyktig strategi for å kompensere for dysreguleringen av MPS og MPB og bevare muskel- og skjeletthelsen under kortvarig bruk hos både unge og gamle individer, og derfor krever videre undersøkelse.

Deltakere:

Tjuefire sunne (ikke-overvektige, ikke-diabetikere, ikke-røykere) menn i alderen 18-35 år vil bli rekruttert til å delta i studien. Den nåværende studien vil være en placebokontrollert dobbeltblind studie med to intervensjonsgrupper, der deltakerne vil bli tilfeldig tildelt til å motta supplerende leucin (LEU; n=12) eller placebo (PLA; n=12) i løpet av 7 dager med ensidig immobilisering av bena. Deltakerne vil være aktive, men atletisk utrente (dvs. trening ≤3x/uke). Alle studieprosedyrer vil bli tydelig forklart, og deltakerne vil gi skriftlig informert samtykke før de innhenter grunnleggende tiltak.

Registrering:

Deltakerne vil bli invitert til University of Birminghams School of Sport, Exercise and Rehabilitation Sciences. Ved ankomst vil en forsker som er involvert i forsøket forklare studiedesignet og intervensjonene til deltakeren. Deltakerne vil få mulighet til å stille spørsmål knyttet til studien og vil få tid til å bestemme seg for om de vil delta eller ikke. Dersom deltakeren er glad for å delta vil deltakeren bli bedt om å signere et samtykkeskjema og fylle ut et helsespørreskjema. Når deltakeren har gått, vil deltakeren bli kategorisert tilfeldig til leucin- eller placebogruppen. Deltakerne vil bli bedt om å fylle ut en tre-dagers diettdagbok for å vurdere det vanlige kostinntaket.

Foreløpige vurderinger:

Etter forklaring av studien og innhenting av informert samtykke, vil deltakerne rapportere til laboratoriet kl. 0800-0900 etter å ha fastet i 10 timer og avstått fra hard trening og alkohol i 24 timer tidligere. Deltakernes baseline muskelfunksjon vil bli ervervet gjennom målinger av maksimal isometrisk og isokinetisk styrke av kneekstensor- og bøyemusklene ved bruk av et isokinetisk dynamometer. Etter styrketesting vil etterforskerne gi individer en tre-dagers diettdagbok og aktivitetsmåler. Tre dager etter baseline styrkemålene vil deltakerne igjen rapportere til laboratoriet kl. 0800-0900 etter en 10 timers faste over natten. Deltakerne vil bli veid på en digital vekt til nærmeste 0,1 kg i lette klær. Dobbel røntgenabsorptiometri (DXA) og ultralydsskanninger vil bli utført for å bestemme sammensetningen av låret (fett- og fettfri masse).

Immobilisering:

Klokken 0800-0900 om morgenen etter foreløpige vurderinger, vil deltakerne gjennomgå 7 dager med unilateral benimmobilisering. Et enkelt ben vil bli tilfeldig valgt (motbalansert venstre/høyre) og plassert i en knestøtte med full ben. Deltakerne vil ambulere ved hjelp av krykker og utføre daglige ankeløvelser for å minimere risikoen for dyp venetrombose, som angitt av en kvalifisert fysioterapeut. Deltakerne vil også få lov til å fjerne knestøtten under nattens søvn. En utdannet fysioterapeut vil instruere deltakeren om sikker bruk av krykker (dvs. gå i trapper). Under hvert hovedmåltid i immobiliseringsperioden vil deltakerne innta 5 g av et pulverisert LEU- eller PLA-tilskudd med 250-300 ml vann, som er innenfor de sikre grensene. Kostinntaket vil bli kontrollert gjennom immobiliseringsperioden i henhold til individets totale kaloriinntak (avledet fra standardiserte ligninger), med en makronæringssammensetning på 55 % karbohydrat, 30 % fett og 15 % protein. Den totale mengden proteininntak vil tilsvare 1,0 g/kg/dag. Deltakerens aktivitetsnivå vil bli overvåket gjennom hele 7-dagersperioden gjennom en aktivitetsmonitor som bæres på håndleddet.

Eksperimentelle forsøk:

Om morgenen som markerer slutten av den 7 dager lange immobiliseringsperioden, vil deltakerne rapportere til laboratoriet kl. 0600-0700 etter en nattfaste. Ultralyd- og DXA-vurderinger vil bli gjentatt, umiddelbart etterpå settes et kateter inn i en underarmsvene på begge armer for i) hyppig blodprøvetaking ved -150, -90, 0, 20, 40, 60, 80, 120, 180, 240 minutter av det eksperimentelle forsøket (~100 ml totalt) og ii) en kontinuerlig infusjon av en stabil isotop aminosyresporer (L-[ring] 13C6 fenylalanin). Deltakerne vil forbli i ryggleie gjennom hele forsøket. Etter 150 minutter med infusjon vil en muskelbiopsi bli tatt fra quadriceps-muskelen på immobiliserte og ikke-immobiliserte ben under lokalbedøvelse. Deltakerne vil deretter innta en 20 g melkeproteindrikk. Ytterligere biopsier vil bli tatt fra begge bena etter 270 minutter og 390 minutter med infusjon. Dermed vil totalt 6 invasive muskelbiopsier bli tatt i løpet av forsøket (3 fra hvert ben), med hver biopsi oppnådd fra et separat snitt med en avstand på ~3 cm fra hverandre. Denne to-trinns stabil-isotop-infusjonsdesignet tillater effektiv vurdering av MPS i overgangen fra post-absorberende (0-120 min) til postprandiale forhold (120-240 min). Benstyrken vil bli revurdert en dag etter den stabile isotopinfusjonen kl. 08.00-09.00 etter en 10 timers faste for å unngå interferenseffekt av tidligere sammentrekning på muskelproteinomsetningen.

Dataanalyse:

For å beregne myofibrillær og mitokondriell proteinsyntese, vil etterforskerne ta i bruk typiske sofistikerte massespektrometriteknikker for å bestemme anrikning av isotopiske sporstoffer i biopsiisolerte muskelproteiner og plasma. Intramuskulære "anabole signaler" (i mTORC1-banen) og "katabolske" signaler vil bli bestemt via western blot og q-rtPCR-analyse. Høyoppløselig respirometri vil også bli brukt for å vurdere mitokondriefunksjonen til biopsi-isolert skjelettmuskelvev i både kontroll og immobiliserte lemmer.