Odbudowa mięśni podczas rehabilitacji fizycznej i suplementacji aminokwasów

Celem tego translacyjnego projektu badawczego jest identyfikacja kluczowych mechanizmów zaangażowanych w regulację utraty i odrastania mięśni szkieletowych po całkowitej alloplastyce stawu kolanowego (TKA). Całkowita endoprotezoplastyka stawu kolanowego powoduje znaczny spadek masy i siły mięśni, co jest bezpośrednio odpowiedzialne za ograniczenie funkcji, w szczególności niezależności funkcjonalnej. Takie spadki siły i objętości mięśni oraz czynności życia codziennego (wstawania z krzesła, wchodzenia po schodach i chodzenia) mogą utrzymywać się nawet do 2 lat.

Atrofia jest bezpośrednim skutkiem braku równowagi między syntezą a rozpadem białek mięśniowych. Istnieją jednak dwa dość odrębne mechanizmy prowadzące do utraty mięśni: przyspieszony rozpad białek (np. oparzenie), wynikające głównie z reakcji stresowej lub zmniejszonej syntezy białek (np. unieruchomienie). W przypadku silnego stresu synteza białek mięśniowych faktycznie wzrasta, chociaż nie na tyle, aby zahamować utratę mięśni, a bodźce anaboliczne, takie jak odżywianie, nie mogą przeciwdziałać zanikowi mięśni. Z drugiej strony, zmniejszona synteza białek spowodowana brakiem aktywności może być stymulowana przez odżywianie i ćwiczenia, zmniejszając w ten sposób atrofię lub zapobiegając jej. Obecnie nie wiemy, który stan dominuje po TKA: katabolizm wywołany stresem chirurgicznym czy spadek syntezy związany z unieruchomieniem. Nie wiadomo, który szlak sygnałowy dominuje po TKA; katabolizm wywołany stresem lub spadek syntezy związany z unieruchomieniem. Naszym celem jest określenie, który model (stres lub brak aktywności) odpowiada za ostrą i szybką utratę mięśni po TKA, aby lepiej ukierunkować wysiłki rehabilitacyjne.

Nasza ogólna hipoteza jest taka, że ​​zanik mięśnia czworogłowego po operacji TKA jest przede wszystkim spowodowany brakiem aktywności, któremu można przeciwdziałać poprzez fizykoterapię (PT) i suplementację aminokwasów egzogennych (EAA). Naszym celem jest nakreślenie podstawowych mechanizmów leżących u podstaw utraty mięśni po TKA iw oparciu o te nowe informacje znalezienie nowych strategii rehabilitacyjnych w celu przyspieszenia powrotu do normalnej funkcji po TKA.

Dlatego naszym planem jest przetestowanie u osób starszych następującej szczegółowej hipotezy:

1. TKA indukuje ostry i ciężki katabolizm białek netto poprzez zmniejszenie syntezy białek mięśniowych
2. Katabolizm wywołany przez TKA jest osłabiony po spożyciu EAA
3. Suplementacja EAA po PT będzie stymulować syntezę białek mięśniowych i sygnalizację mTOR w większym stopniu niż PT z placebo
4. Suplementacja EAA podczas rehabilitacji TKA PT poprawi siłę mięśni, objętość mięśni i wyniki funkcjonalne w większym stopniu niż PT z Placebo

Aby przetestować naszą konkretną hipotezę, zajmiemy się następującymi celami szczegółowymi:

1. Aby określić, czy operacja TKA zmniejsza syntezę białek mięśniowych i/lub zwiększa rozpad białek mięśniowych
2. Aby określić, czy synteza białek mięśniowych gwałtownie wzrasta po spożyciu EAA po operacji TKA
3. Aby określić, czy synteza białek mięśniowych i sygnalizacja mTOR będą stymulowane przez rehabilitację PT i wzmocnione przez suplementację EAA
4. Aby ustalić, czy suplementacja EAA podczas TKA z tradycyjnym PT przez 6 tygodni poprawia siłę mięśni, objętość mięśni i wyniki funkcjonalne Ten wniosek dostarczy wstępnych danych do przedłożenia grantu R01 w celu dalszego określenia mechanizmów prowadzących do pomyślnego powrotu siły i funkcji mięśnia czworogłowego uda za TKA. Niezbędne aminokwasy są niedrogie, dobrze tolerowane i łatwostrawne i wykazano, że niezależnie stymulują syntezę białek mięśniowych i składniki anabolicznego szlaku sygnałowego mTOR. Mój cel, jakim jest zwiększenie siły mięśni i mobilności funkcjonalnej, jest szczegółowo określony w siedmiu priorytetowych obszarach Narodowego Centrum Badań nad Rehabilitacją Medyczną i jest zgodny z planem i priorytetami NIH oraz pomoże nam zrozumieć metabolizm białek mięśniowych podczas rehabilitacji fizjoterapeutycznej. Przyjmując oparty na mechanizmach, translacyjny projekt badawczy, który łączy zmiany w sygnalizacji komórkowej z funkcjonalnymi pomiarami wyników (komórka → system → funkcja), uchwycimy kluczowe zdarzenia fizjologiczne odpowiedzialne za regulację masy i funkcji mięśni po TKA.