Spożycie białka i redukcja kroków u osób starszych (DRI)

Związany z wiekiem spadek masy mięśni szkieletowych, określany mianem sarkopenii, jest związany z wieloma metabolicznymi stanami chorobowymi, w tym między innymi rakiem, udarem, chorobą mikronaczyniową, cukrzycą typu 2, chorobą Parkinsona i chorobą Alzheimera. Co więcej, spadkom masy mięśni szkieletowych towarzyszy jeszcze gwałtowniejszy spadek siły mięśni szkieletowych, określany jako dynapenia, która jest predyspozycją do niesprawności i upadków.

Sarkopenia rozpoczyna się w 5. dekadzie życia i postępuje, przynajmniej na podstawie szacunków populacyjnych, z utratą ~0,8% rocznie, przy czym utrata siły jest większa i bardziej zmienna na poziomie 2-5% rok po 50 roku życia. Jednak te wskaźniki utraty mięśni i siły nie są liniowe. Stały spadek utraty masy mięśniowej jest raczej przerywany krótkotrwałymi okresami nieużywania mięśni, które przyspieszają utratę siły i mięśni i po których osobom starszym, w porównaniu z młodszymi, trudno jest się zregenerować. Wykazano, że te ostre okresy nieużywania mięśni powodują przejściowy, przyspieszony spadek siły i masy mięśni szkieletowych, skutecznie przyspieszając sarkopenię. Takie epizody braku aktywności mięśni przejawiają się w różnych okolicznościach, takich jak hospitalizacja wymagająca krótkotrwałego leżenia w łóżku, unieruchomienie kończyn z powodu złamania lub zabiegu chirurgicznego oraz okresy nieaktywnej rekonwalescencji po chorobach. Na przykład grypa jest drugą najczęstszą przyczyną krótkotrwałej hospitalizacji osób w wieku 65 lat, przy średnim pobycie w szpitalu trwającym 3-4 dni, podczas którego dochodzi do znacznego zaniku mięśni. Ponadto po wielu operacjach u osób starszych (np. cholecystektomii) następuje pobyt w szpitalu trwający średnio 3 dni z okresem rekonwalescencji trwającym 6-9 dni lub średnio ~10 dni rekonwalescencji i minimalnej aktywności przed powrotem do normalnej aktywności. Biorąc pod uwagę, że siła fizyczna jest predyktorem śmiertelności z jakiejkolwiek przyczyny, kluczowe znaczenie mają strategie, które zapobiegają spadkowi lub poprawiają regenerację siły mięśni szkieletowych i masy funkcjonalnej po okresach braku aktywności u osób starszych.

Dane z naszego laboratorium i innych wykazały, że zmniejszona mobilność (tj. zmniejszona liczba codziennych kroków), model niezwykle powszechnego, ale pozornie łagodnego stanu nieużywania mięśni, prowadzi do znacznej utraty mięśni szkieletowych zarówno u młodych, jak i starszych osób. Badacze proponują, że okres nieużywania wywołany redukcją kroków stanowi doskonały model do badania dypenenii i atrofii wywołanych nieużywaniem. U osób starszych wykazano, że 2 tygodnie zmniejszonej aktywności zmniejszają beztłuszczową masę nóg o 3,9% i zwiększają tkankę tłuszczową tułowia o 7,3%. Co ciekawe, inni wykazali, że starsze osoby tracą taką samą ilość mięśni po zaledwie 10 dniach leżenia w łóżku w porównaniu z utratą tej samej ilości mięśni po 28 dniach leżenia w łóżku u młodych osób. W tym samym okresie 10 dni następuje szokująca utrata siły kończyn dolnych, mocy i wydolności tlenowej oraz zmniejszenie aktywności fizycznej. Dane te pokazują, jak podatne są osoby starsze nawet na krótkotrwałe okresy nieużywania. Odmienne wyniki zaobserwowali Suetta i wsp., którzy w odpowiedzi na 14 dni gipsowania nóg zaobserwowali spadek objętości mięśnia czworogłowego uda odpowiednio o 8,9% i 5,2% u młodych (n=9) i starszych mężczyzn (n=9) . Należy jednak docenić to, że starsi badani mieli o 11% mniejszą objętość mięśni przed unieruchomieniem (tj. Sarkopenią), więc utrata masy mięśniowej może mieć jeszcze bardziej tragiczne konsekwencje dla starszych badanych. Co ważniejsze, starsi mężczyźni odzyskali tylko 63% masy mięśniowej i ~78% siły po 4-tygodniowym intensywnym treningu oporowym (co nie jest standardową rehabilitacją), w porównaniu do całkowitego wyzdrowienia u młodych mężczyzn. Badacze dysponują również wstępnymi danymi, które pokazują, że 2-tygodniowa redukcja kroków skutkuje znacznym spadkiem siły mięśni szkieletowych u starszych mężczyzn.

Jedną z potencjalnych strategii łagodzenia zaniku mięśni wywołanego nieużywaniem, który występuje podczas braku aktywności fizycznej, byłoby zwiększenie spożycia białka w diecie. Rzeczywiście, niektóre badania pokazują, że przyjmowanie dużych dawek aminokwasów spowalnia tempo atrofii nieużywania podczas leżenia w łóżku. Jednak ostatnio Dirks i wsp. donieśli, że zwiększenie spożycia białka z 1,1 g/kg/dzień do 1,6 g/kg/dzień, stosując suplementację 20 g białka dwa razy dziennie, nie miało wpływu na atrofię mięśni szkieletowych podczas 5 dni unieruchomienia za pomocą pełnego odlewu nogi. Brak zgodności między badaniami został podkreślony jako związany z różnicami w spożyciu białka między grupami kontrolnymi. Rzeczywiście, w badaniach, które wykazały osłabienie utraty masy mięśniowej podczas leżenia w łóżku, grupy kontrolne spożywały białko w tempie nie wyższym niż 0,8 g/kg/dzień, podczas gdy w tym ostatnim badaniu uczestnicy z grupy kontrolnej spożywali 1,1 g/kg /d i postawiono również hipotezę, że dawka białka zastosowana przez Dirksa i wsp. była suboptymalna, ponieważ nasza praca pokazuje, że starsi mężczyźni wymagają wyższych dawek białka serwatki, aby optymalnie stymulować syntezę białek. Badacze niedawno wykazali, używając retrospektywnej zbiorczej analizy tempa syntezy białek mięśniowych, że starsi mężczyźni mają wyższe zapotrzebowanie na białko w przeliczeniu na posiłek, aby optymalnie stymulować syntezę białek. Co ważne, praca ta wykazała również, że przy odpowiednio wysokiej dawce białka serwatki (~30g) starsi mężczyźni mieli wskaźniki syntezy białek mięśniowych nie różniące się od tych u młodych mężczyzn. Tak więc, chociaż przyjmuje się, że spożycie 30 g suplementu dwa razy dziennie znacznie podniosłoby spożycie białka, spożycie to nadal mieści się w dopuszczalnych zakresach dystrybucji makroskładników odżywczych i jest odpowiednie dla osób starszych, które są nieaktywne i mają obniżoną energię. Co więcej, badanie Dirksa i wsp. zostało przeprowadzone w warunkach „wolnego życia”, jeśli chodzi o dietę. Badacze sugerują, że w okresach hospitalizacji i rekonwalescencji osoby starsze często doświadczają deficytu energetycznego i są niedożywione, szczególnie pod względem spożycia białka. Rzeczywiście, badanie przeprowadzone na 102 pacjentach szpitalnych wykazało, że 21% zużywało tylko 50% ich dziennego zapotrzebowania na energię, a to niedożywienie wiązało się z większą częstością występowania śmiertelności wewnątrzszpitalnej i 90 dni po wypisaniu ze szpitala. Podobne wyniki zostały potwierdzone przez inne raporty, które również pokazują, że niedożywienie jest w dużej mierze spowodowane nieodpowiednim spożyciem białka. Ten ostatni punkt jest bardzo istotny dla naszego zastosowania, ponieważ w okresach deficytu energetycznego do 25% utraty masy ciała można wytłumaczyć utratą beztłuszczowej masy ciała. Podsumowując, dane te pokazują, że okresom nieużywania mięśni często towarzyszą okresy deficytu energii u osób starszych. Jest wysoce prawdopodobne, że taka sytuacja będzie miała również miejsce na przykład zimą w północnych regionach Kanady i Stanów Zjednoczonych, kiedy osoby starsze, zwłaszcza te, które mieszkają w jednoosobowych gospodarstwach domowych, mogą być unieruchomione w domu, co drastycznie ogranicza ich poziom aktywności i są mniej prawdopodobnie chodzi do sklepów detalicznych.

Mechanistyczne podstawy związanej z wiekiem utraty masy i funkcji mięśni szkieletowych Utrata masy mięśni szkieletowych opiera się na braku równowagi między tempem syntezy białek mięśniowych (MPS) a rozpadem białek mięśniowych (MPB). Wiadomo, że u zdrowych ludzi zmiana szybkości MPS w odpowiedzi na aktywność skurczową i odżywianie białkiem jest głównym miejscem kontroli masy mięśniowej człowieka. W związku z tym badacze niedawno wykazali, że poposiłkowy MPS w odpowiedzi na spożycie białka zmniejsza się o około ~20% po 14 dniach redukcji kroku u starszych mężczyzn i kobiet, a to zmniejszenie poposiłkowego MPS – ukutego jako „oporność anaboliczna” – było związane z ~3,9% utratą beztłuszczowej masy nóg w okresie 14 dni. Dlatego sugeruje się, że zmniejszona wrażliwość anaboliczna na spożycie białka jest przede wszystkim odpowiedzialna za zanik mięśni szkieletowych u ludzi. Istotne dla warunków hospitalizacji, krótkoterminowe deficyty energetyczne również zmniejszają MPS poposiłkowe u młodych, a badacze mają wstępne dane wykazujące, że 14 dni kontrolowanej diety hipoenergetycznej również zmniejsza MPS o około ~ 9% u mężczyzn i kobiet w średnim wieku. Wydaje się zatem, że zarówno zmniejszona mobilność, jak i stan ograniczenia energii niezależnie (i prawdopodobnie synergistycznie) mają szkodliwy wpływ na MPS w odpowiedzi na spożycie białka, co może wyjaśniać szybką i przerywaną utratę masy i siły mięśni szkieletowych, która może wystąpić wraz z wiekiem . Nasze laboratorium opublikowało dane wykazujące, że zwiększone spożycie nabiału i białka podczas diety i utraty wagi wywołanej wysiłkiem fizycznym skutkuje przyrostem beztłuszczowej masy ciała, jednocześnie sprzyjając utracie masy tłuszczowej u kobiet z nadwagą i przed menopauzą. Nie wiadomo jednak, w jaki sposób zwiększenie spożycia białka pochodzącego z nabiału podczas okresu połączonego zmniejszonego poruszania się i diety hipoenergetycznej oraz w okresie rekonwalescencji wpływa na anabolizm mięśni u starszych mężczyzn i kobiet. Inną charakterystyczną cechą metabolizmu białek wraz z wiekiem jest to, że chociaż nie ma wyraźnych różnic w obrocie białkami między młodymi zdrowymi mężczyznami i kobietami, starsze kobiety wykazują wyższy wskaźnik spoczynkowego MPS w porównaniu ze starszymi mężczyznami (> 70 lat), ale są mniej wrażliwe na anaboliczne efekty odżywianie białkowe i ćwiczenia. Konsekwencją tego zjawiska jest to, że starsze kobiety mogą być bardziej narażone na atrofię nieużywania w okresach braku aktywności fizycznej i nieoptymalnego spożycia białka w porównaniu z mężczyznami.

Wiele z wyżej wymienionych badań, które oceniały ostre zmiany wskaźników MPS w odpowiedzi na spożycie białka, zrobiło to poprzez wlew znakowanego znacznika aminokwasowego i obliczenie włączenia tego znacznika do mięśnia szkieletowego w okresie godzin (poszerzona dyskusja patrz). Chociaż podejście to dostarcza ważnych informacji, zwłaszcza w połączeniu z ilościowymi pomiarami zmian masy mięśniowej, takimi jak MRI, ocena MPS zmierzonego wlewem znacznika jest ograniczona do ~ 5-6 godzin. Nowsze osiągnięcia technik analitycznych umożliwiły zastosowanie metodologii wody deuterowanej, która umożliwia ocenę MPS przy znacznie dłuższych okresach inkorporacji, tj. od dni do tygodni. Rzeczywiście, ta metoda została niedawno zwalidowana, a jej stosowanie staje się obecnie przedmiotem zainteresowania wielu badaczy. Jednak tylko kilka laboratoriów wykazało zdolność do kompetentnego wykonania tego pomiaru. W rzeczywistości badacze przeprowadzili ostatnio dwa badania z wykorzystaniem tej metodologii, a uzyskane wartości MPS są całkowicie zgodne z opublikowanymi raportami. Sugeruje się, że zastosowanie metodologii wody deuterowanej, która umożliwia pomiar MPS w sytuacji wolno żyjącej i obejmuje wszystkie pomiary diety i aktywności, byłoby znacznym postępem w określaniu mechanizmów leżących u podstaw utraty białka mięśniowego, w której pośredniczy nieużywanie. W związku z tym badacze zamierzają oprzeć się na tych ustaleniach, stosując metodologię deuterowanej wody, aby zbadać, w jaki sposób zwiększenie spożycia białka w diecie podczas okresu połączonego ograniczonego poruszania się i deficytu energii oraz w okresie rekonwalescencji wpływa na długoterminowe wskaźniki MPS u starszych mężczyzn i kobiety.

Mechanizmy molekularne leżące u podstaw MPS w odpowiedzi na stymulację są złożone, wieloczynnikowe i pozostają w dużej mierze nieznane. Wiadomo jednak, że białka zawarte w osi sygnalizacyjnej Akt-mTORC1-p70S6K1 wydają się kluczowe. W badaniu przeprowadzonym przez badaczy, obejmującym zmniejszone kroki, wykazano zmniejszenie fosforylacji Akt, a także ~12% zmniejszenie wrażliwości na insulinę. Dlatego badacze proponują zbadanie, jak zmienia się zawartość białek zawartych w osi sygnalizacyjnej Akt-mTORC1-p70S6K1 podczas naszej interwencji. Badacze zbadają również zmiany w stosunku DNA do białka (wskaźnik wielkości komórki), jak również ekspresję mRNA miogeniny, MAFBx i MuRF1, z których niektóre, jak wykazano, zmieniają się w odpowiedzi na okres atrofii nieużywania, używając PCR w czasie rzeczywistym. Tak więc nasza analiza molekularna w połączeniu z wykorzystaniem metodologii deuterowanej wody i rzeczywistego modelu atrofii nieużywania i ujemnego bilansu energetycznego zapewnia oparte na mechanizmach podejście kliniczne do badania wpływu zwiększonego spożycia białka na związaną z wiekiem krótkowzroczność i dypenia.

Badacze wcześniej wykazali, że 14 dni zmniejszonych kroków indukuje zmniejszenie poposiłkowego MPS o około ~20% u starszych mężczyzn i kobiet, a to zmniejszenie poposiłkowego MPS wiązało się z ~3,9% utratą beztłuszczowej masy nóg. Wykazano, że zwiększone spożycie produktów mlecznych i białka podczas diety i utraty wagi wywołanej wysiłkiem fizycznym skutkuje przyrostem beztłuszczowej masy ciała, jednocześnie sprzyjając utracie masy tłuszczowej u kobiet z nadwagą i przed menopauzą. Opierając się na tych odkryciach, badacze wygenerowali ostatnio dane pilotażowe, aby wykazać, że 14 dni redukcji kroku powoduje znaczny spadek siły mięśni. Ponadto wykazał ~18% zmniejszenie poposiłkowego MPS w odpowiedzi na 3 oddzielne porcje 25 g białka serwatkowego w ciągu 11 godzin po 14 dniach łagodnego ograniczenia energii (-300 kcal) u zdrowych starszych mężczyzn (~65 lat). Co więcej, badacze dysponują wstępnymi danymi wykazującymi, że 14 dni diety hipoenergetycznej (-750 kcal/d) indukuje znaczny spadek MPS poposiłkowej o 9% u otyłych mężczyzn i kobiet z nadwagą w wieku 35-65 lat. Wreszcie, badacze właśnie pomyślnie zakończyli złożone badanie na ludziach na starszych mężczyznach (65-75 lat), którzy ukończyli pojedynczą serię ćwiczeń oporowych; ćwiczenia interwałowe o wysokiej intensywności lub tradycyjne ćwiczenia aerobowe o niskiej intensywności, które wykorzystywały metodologię śledzenia D2O do bezpośredniej oceny MPS w okresie 24 i 48 godzin. Te wartości MPS są całkowicie zgodne z wcześniej opublikowanymi danymi.