Kostholdssynergi i muskelproteinsyntese (POTATO)

1. Forhåndstesting

   1.1 Forberedelser: Deltakerne vil komme til forhåndstestingsøkten etter en nattfasting (~10 timer uten kaloriholdig mat/drikke) og etter å ha unnlatt trening i de foregående 72 timene. Før eventuelle personlige prosedyrer vil deltakerne bli orientert om prosedyrene og risikoene forbundet med deltakelse gjennom gjennomgang av informert samtykke-dokumentet. Deltakerne vil bli oppfordret til å stille spørsmål og få dem besvart før de blir spurt om de ønsker å fortsette. Bekreftelse vil bli dokumentert via signatur på et informert samtykke-prosessskjema.

   1.2 Antropometri: Ved gitt samtykke vil deltakernes høyde og vekt bli målt for å bekrefte at kroppsmasseindeksen (KMI) er innenfor kvalifiseringsgrensene (18,5 - 30 kg/m^2). Siden deltakerne allerede er vurdert for alle andre inklusjons- og eksklusjonskriterier, vil en kvalifisert KMI føre til studieinkludering og fortsettelse av forhåndstestingsøkten. Etter bekreftelse av studie-kvalifisering, vil blodtrykket bli målt av et trent medlem av forskningsteamet. Deretter vil kroppssammensetningen bli bestemt via dual energy x-ray absorptiometry (DEXA) i henhold til produsentens anbefalinger. Kort fortalt vil deltakerne bli bedt om å fjerne alle metallgjenstander fra kroppen før de blir plassert av en trent tekniker for nøyaktig måling av mager kroppsmasse og fettmasse. Skanningen varer omtrent 6-10 minutter, hvor deltakeren vil bli instruert om å forbli ubevegelig.

   1.3 Vanlig kostholdsregistrering: Nåværende kostholdsvaner vil bli vurdert gjennom et online, automatisert, selvadministrert (ASA24) kostholdsregistreringssystem. Deltakerne vil motta sitt individuelle brukernavn og passord i løpet av denne økten og vil bli bedt om å registrere i 3 påfølgende dager (2 ukedager og 1 helgedag) før hver prøve. Siden det er online, kan deltakerne fullføre det utenfor stedet på deres eget tidspunkt.

   1.4 Hvilemetabolsk rate: Hvilemetabolsk rate (HMR) vil bli vurdert via indirekte kalorimetri. Dette er en ikke-anstrengende test hvor HMR måles ved hjelp av et automatisert gassanalysesystem. Denne enheten måler oksygenforbruk og karbondioksidproduksjon som forskjellen mellom innåndet og utåndet gasskonsentrasjon. Før testens start vil deltakerne ligge i ryggleie på et bord, og en klar, hard plasthette og et mykt, klart plastteppe vil bli plassert over deltakerens hals, hode og skuldre for å fange opp utåndede gasser. Deltakerne vil deretter ligge ubevegelig uten å sovne mens respirasjonsgasskonsentrasjoner blir fanget. Testingen vil konkludere når HMR er stabil i minst 20 minutter (typisk ~30 minutter fra start).

   1.5 Ti-repetisjonsmaksimum (10RM) testing: Etter hvilemetabolsk rate testing, vil deltakernes 10RM bli testet for benstrekk og benpress. Til å begynne med vil deltakerne sykle i et selvvalgt tempo på en standard sykkelergometer i ~5 minutter. Deltakerne vil deretter fullføre et sett med 8-10 repetisjoner på ~50% av deres forventede 10RM etterfulgt av 1-2 minutters hvile. Belastningen vil deretter bli satt til ~90% av deres forventede 10RM. Belastningen vil økes med 2,5-5,0% etter hver vellykkede forsøk inntil svikt (typisk innen 5 forsøk). To minutters hvile vil bli tildelt mellom maksimale forsøk og 5 minutter mellom øvelser. Benstrekk vil bli testet først etterfulgt av benpress. Før de forlater laboratoriet, vil deltakerne få lov til å stille eventuelle spørsmål de har før økten avsluttes.

   1.6 Akselerometre: Før de forlater laboratoriet, vil deltakerne få et akselerometer (Actigraph) for å vurdere nivåer av daglig fysisk aktivitet (dvs. skritteller). Forskningspersonell vil demonstrere riktig bruk og instruere deltakerne om å bære enheten gjennom hele studieperioden. Etter demonstrasjonen vil deltakerne bli påminnet om å unngå ekstra trening og bære enheten i to dager før prøvene.

   1.7 Planlegging: Før de forlater laboratoriet, vil deltakerne og forskningsteamet identifisere en dato for den første infusjonsprøven (minst 7 dager etter forhåndstesting). Videre vil forskningsteamet gi deltakerne et standardisert måltid å innta kvelden før den første infusjonen og instruksjoner om å unngå anstrengende trening og alkoholforbruk i henholdsvis 72 og 24 timer før den første prøven. Deltakerne vil også bli tilbudt en snack før de forlater laboratoriet.

2. Infusjonsprøver

2.1 Forberedelser: Minst 7 dager etter forhåndstesting eller forrige infusjon, vil deltakerne bli bedt om å returnere til laboratoriet for en infusjonsprøve. Om morgenen for hver infusjon vil deltakerne ankomme laboratoriet om morgenen etter en nattfasting (~10 timer uten kaloriholdig mat/drikke) og etter å ha unnlatt anstrengende trening og alkoholforbruk i henholdsvis 72 og 24 timer. I 3 dager før hver prøve vil deltakerne bli bedt om å registrere sine kostholdsintak via et online, automatisert, selvadministrert (24-timers) kostholdsregistreringssystem (ASA24).

2.2 Stabil isotopinfusjon: Ved ankomst til laboratoriet vil deltakerne ligge i ryggleie på en klinikk-type seng før en intravenøs kateter plasseres i en dorsal hånd- eller armvene. Ikke mer enn fire forsøk vil bli gjort for å sette kateteren. Etter basislinje blodprøvetaking, vil en priming-dose av L-[1-13C] leucin og L-[ring 2H5] fenylalanin administreres før start av en konstant infusjon ved bruk av en kalibrert infusjonspumpe. De stabile isotopaminosyresporerne brukt i dette eksperimentet er ikke radioaktive og er helt trygge. Disse stabile isotopene vil berike aminosyrepuljen i kroppen, noe som lar oss identifisere innbyggingsraten av aminosyrer i vevene. Tilberedelsen av sporerne for intravenøs administrasjon vil foregå i et sterilt miljø under et laminærstrømskap dedikert til tilberedelse av sporer og i henhold til Good Manufacturing Practices retningslinjer.

2.3 Blodinnsamling: Etter at forskere starter infusjonen, vil en andre kateter plasseres i en hånd- eller armvene på den andre siden slik at forskere kan samle blod gjennom prøven. Gjennom prøven vil blod bli samlet periodisk fra kateteren. Før innsamling av noen prøver, vil et varmeteppe (60°C) bli plassert på kateterstedet (arm eller hånd) for å "arterialisere" (etterligne blodet innenfor arterier) blodprøvene. Totalt 17 blodprøver (~174 mL) vil bli samlet under den første prøven, mens i den andre prøven vil 15 blodprøver (~149 mL) bli samlet. Den regelmessige innsamlingen av blod tillater bestemmelse av isotopberikelse, aminosyre-konsentrasjoner og frie fettsyre-konsentrasjoner i blod. Mellom uttak vil kateteren bli holdt patent ved bruk av en 0,9% saltvannsdrypp i lav hastighet.

2.4 VCO2: Karbondioksidproduksjon (VCO2) vil bli bestemt fra utåndet luft prøvetatt via åpen krets munnstykke festet til en slange. Umiddelbart etter at VCO2-analyse er utført (10 minutter), vil deltakerne bli bedt om å puste ut i et separat munnstykke festet til en plastpose. Denne pusteprøven lagres i et sterilt vacutainer for fremtidig analyse av stabil isotopsporberikelse i pusten.

2.5 Muskelsamling: Totalt fem muskelbiopsier vil bli samlet (tre som en del av 1. infusjon og to under 2. infusjon). Biopsiprosedyren involverer fjerning av et lite stykke muskelvev ved bruk av en steril hul nål (Bergstrømnål) og vil bli utført av Dr. Nicholas Burd under auspiciene til Dr. Jared Willard, MD. Deltakerne vil hvile på en seng og området for biopsien vil bli barbert, hvis nødvendig. Deretter vil området bli steriliseret ved bruk av 4% klorheksidinglukonat før 5 mL lokalbedøvelse (2% Xylokain med 1:100 000 adrenalin) injiseres subkutant med spesiell forsiktighet for å unngå å infiltrere muskelen. Når bedøvelsen er aktiv (~10 min), vil Dr. Burd lage et lite snitt (~4-5 mm) i huden for å skape en åpning som biopsinålen kan settes gjennom for vevssamling. Dr. Burd vil raskt kutte av et lite stykke muskel (~50-100 mg; omtrent størrelsen på en standard blyantsviskelær) og fjerne nålen fra deltakerens ben. Under prøveinnsamlingen (~30 sek) kan deltakerne føle en følelse av dyp trykk i benet. Et sterilt engangsteppe vil bli plassert under deltakerens lår og sterile hansker vil bli brukt for alle biopsiprosedyrer.

Etter at biopsien er fullført, vil et trent forskningsteammedlem påføre trykk med steril gasbind til blødningen stopper (minst 10 min). Deretter vil snittstedet bli lukket ved bruk av sommerfugl sting (Steri-strips) etterfulgt av påføring av et bandasje. Et elastisk trykkbind vil bli påført på toppen av bandasjen for å minimere sjansen for blåmerker. Deltakerne vil deretter bli instruert om å la sommerfugl stingene og trykkbindet være på såret i henholdsvis 96 og 24 timer. Deltakeren vil bli gitt et "biopsi-omsorgssett" (beskrevet i seksjon 10.1/Biopsi-omsorgssett) for å ta riktig vare på snittet etter å ha forlatt laboratoriet. Et medlem av forskningsteamet vil kontakte deltakerne dagen etter prøven for å sjekke helingsprosessen.

Motstandstrening og måltidsinntak: Umiddelbart etter lukking av den andre biopsien, vil deltakerne begynne oppvarming for en akutt omgang motstandstrening. Til å begynne med vil deltakerne sykle i et selvvalgt tempo på en standard sykkelergometer i 5 minutter. Deretter vil deltakerne begynne motstandstrening. Deltakerne vil fullføre et oppvarmingssett på ~60% av deres ti-repetisjonsmaksimum (10RM) målt ved forhåndstesting etterfulgt av 4 sett med 10-12 repetisjoner på ~90% 10RM med 1-3 minutters hvile mellom sett for både benstrekk og benpress. Deltakerne vil matche belastningen, settene og repetisjonene fra den første prøven under deres andre prøve.

Umiddelbart etter fullført trening, vil deltakerne returnere til infusjonsrommet for å innta måltider. Under første prøve vil deltakerne bli randomisert og balansert for å innta enten 1 medium russet potet med skall og 2 ounce-ekvivalent mager kjøttdeig kombinasjon (274 kcal, 19,3 g protein, 5 g fett, 37 g karbohydrater og 4 g fiber), 2 skiver hvitt brød og biff kombinasjon (262 kcal, 19,8 g protein, 6,8 g fett, 28 g karbohydrater og 1,8 g fiber), eller 2 ounce-ekvivalent biff (93% mager kjøtt/7% fett; 110 kcal, 14,8 g protein og 5 g fett) under de primede konstante infusjonene for måling av proteinmetabolisme. Under andre prøve vil deltakerne bli tilfeldig tildelt å konsumere en av de gjenværende betingelsene.

Kommersielt tilgjengelig russet potet med skall vil bli kuttet i 1-tommers terninger og stekt sammen med kjøttdeigkake ved 200°C i ~30 minutter, eller til den interne temperaturen på biffen når 75°C rett før konsum på prøvedagen. Måltidet vil bli tilberedt til en intern temperatur på minst 165°F i henhold til USDAs minimum interne temperatur for å forhindre matbårne sykdommer.