Precyzyjny trening o wysokiej intensywności dzięki epigenetyce (PHITE) (PHITE)

Przegląd:

Wojsko USA polega na treningu fizycznym, aby zwiększyć i utrzymać gotowość sił. W tym badaniu postawiliśmy hipotezę, że modyfikacja epigenetyczna jest podstawowym mechanizmem, za pomocą którego określone zalecenia dotyczące treningu fizycznego przekształcają genotyp wojownika w fenotyp walki. Nasz cel w tym programie jest potrójny. Będziemy (1) identyfikować metodologie szkoleniowe, które modyfikują reakcje epigenetyczne; (2) scharakteryzować regulację epigenetyczną procesów fizjologicznych, ścieżek i mechanizmów związanych z treningiem fizycznym o umiarkowanej i wysokiej intensywności oraz (3) wytworzyć w czasie rzeczywistym biomarkery wydajności krążeniowo-oddechowej i nerwowo-mięśniowej, które przewidują wyniki treningu fizycznego. Cele te zrealizujemy poprzez sześć następujących projektów badawczych:

I. Fenotypowanie zależności dawki od wysiłku

1. Określ wpływ intensywności ćwiczeń na wydajność nerwowo-mięśniową i krążeniowo-oddechową
2. Ocena wpływu wyjściowego fenotypu przedtreningowego na szybką reakcję i zdolność adaptacji do schematów ćwiczeń o różnej intensywności
3. Określenie wpływu intensywności ćwiczeń na mechanizmy regulujące metabolizm białek mięśniowych, hipertrofię włókien mięśniowych i zdolność oksydacyjną mięśni

II. Genetyczne i epigenetyczne biomarkery wydajności w czasie rzeczywistym

1. Zidentyfikuj miRNA mięśniowe, które są różnie wyrażane w odpowiedzi na różną intensywność ćwiczeń
2. Zidentyfikuj krążące miRNA pochodzące z mięśni, które są różnie wyrażane w odpowiedzi na różną intensywność ćwiczeń
3. Genotyp indywidualnego potencjału sportowego do optymalizacji biomarkerów

IV. Epigenomiczne sygnatury wydajności człowieka

1. Zidentyfikuj i skoreluj wywołane wysiłkiem zmiany metylacji we krwi i mięśniach
2. Funkcjonalnie powiąż zmiany w sygnaturach ekspresji genów i wyniki fizjologiczne
3. Zdefiniuj sygnatury epigenetyczne indukowane receptorami jądrowymi w tkankach aktywnych metabolicznie

V. Modyfikacje histonów wywołane wysiłkiem fizycznym i przebudowa chromatyny

1. Profilowana modyfikacja histonów i sygnatury użycia podjednostek histonów
2. Oceń chromatynę jako platformę integracji sygnału zapewniającą długoterminową stabilność

VI. Epigenomika integracyjna

1. Kategoryzuj podstawowe wyniki i grupy tematyczne
2. Scharakteryzuj zmiany epigenetyczne w odpowiedzi na różną intensywność ćwiczeń
3. Opracuj modele prognostyczne na podstawie biomarkerów miRNA wydajności

4. Opracuj epigenetyczne modele sieci regulacyjnych za pomocą Deep Belief Networks

   UAB będzie rekrutować zdrowych, nieprzeszkolonych mężczyzn i kobiety, którzy przypominają amerykańskiego żołnierza. Biorą udział w próbie treningowej odpowiedzi na dawkę, która trwa około 12 tygodni.

   Istnieją 2 losowo przydzielone recepty na ćwiczenia: MOD - 3 dni w tygodniu na bieżni lub stacjonarnym ergometrze rowerowym, połączone z 2 dniami w tygodniu treningu oporowego; HI - 3 dni w tygodniu trening interwałowy o wysokiej intensywności, podobny do wojskowego treningu taktycznego o wysokiej intensywności, połączony z treningiem oporowym o wysokiej intensywności 2 dni w tygodniu.

   Wydolność fizyczna jest oceniana przed, w trakcie i po treningu. Dodatkowo oceniany jest skład ciała przed i po treningu. Biopsje mięśni i pobieranie krwi są przeprowadzane przed i po treningu podczas ostrych ataków wysiłkowych, a próbki są wysyłane do dodatkowych ośrodków badawczych w celu przeprowadzenia szczegółowych ocen.

   Rekrutacja:

   Uczestnicy są rekrutowani za pośrednictwem zatwierdzonych przez IRB ogłoszeń.

   Świadoma zgoda:

   Po zidentyfikowaniu osoby; spełnia kryteria włączenia/wyłączenia (wstępna selekcja); i wyrazi zainteresowanie badaniem, członek zespołu badawczego przekazuje tej osobie formularz zgody do wglądu. Członek zespołu kontaktuje się z osobą, aby dokładniej wyjaśnić badanie i zapewnić potencjalnemu uczestnikowi możliwość zadawania pytań. Jeśli dana osoba zdecyduje się na udział, jest umawiana na pierwszą wizytę. Zachęca się go do zadawania dalszych pytań przed udzieleniem pisemnej świadomej zgody.

   Procedury dla uczestników:

   Schemat ćwiczeń MOD - 3 dni w tygodniu ćwiczeń wytrzymałościowych przy 70% rezerwie tętna przez 30 minut na rowerze stacjonarnym lub bieżni, połączone z ćwiczeniami oporowymi w 2 z 3 dni. Recepta na trening oporowy obejmuje 3 serie x 10-14 powtórzeń dla każdego ruchu, z 1 minutową przerwą między seriami. Ruchy obejmują wyciskanie nóg lub przysiady, prostowanie kolan, wyciskanie klatki piersiowej, wyciskanie znad głowy, wiosłowanie w pozycji siedzącej, ściąganie szerokim uchwytem, ​​brzuszki, podnoszenie pięt, opuszczanie tricepsów, uginanie bicepsów. Obciążenia oporowe są zwiększane, gdy w 2 z 3 zestawów zostanie osiągniętych 14 powtórzeń. Tętno jest monitorowane podczas każdej sesji.

   Schemat ćwiczeń HI - 3 dni w tygodniu ćwiczeń interwałowych o maksymalnej intensywności, połączonych z ćwiczeniami oporowymi w 2 z 3 dni. Zamiast ćwiczeń wytrzymałościowych o umiarkowanej intensywności, uczestnicy tej grupy wykonują 10 interwałów o wysokiej intensywności (30 s pracy, 30 s odpoczynku), w tym skoki na skrzynię, burpees, skoki w przysiadzie, wymachy z kettlem, sprinty na rowerze, liny bojowe, piłka ścienna , dipy itp. Recepta na trening oporowy obejmuje 3 serie x 8-10 powtórzeń dla tych samych ruchów co MOD, ale z nadzbiorami dwóch ruchów. Obciążenia oporowe są zwiększane, gdy w 2 z 3 zestawów zostanie osiągniętych 10 powtórzeń. Okresy odpoczynku to 30-45 sekund między superseriami. Tętno jest monitorowane podczas każdej sesji.

   Skanowanie DXA - Procedura absorpcjometrii rentgenowskiej o podwójnej energii (DXA) służąca do określania składu ciała (mięśnie, tłuszcz, kości) obejmuje niewielką ekspozycję na promieniowanie rentgenowskie. DXA zostanie przeprowadzona w tygodniu 0 i 12. Efektywna dawka ekspozycji jest porównywalna z 4-godzinną ekspozycją na słońce

   Test ciążowy z moczu — wszystkie kobiety, które miały co najmniej jeden cykl menstruacyjny, mają wykonany test ciążowy z moczu podczas wstępnej oceny i przed każdym badaniem DEXA. Wszystkim kobietom, które miały co najmniej jeden cykl miesiączkowy, zadawane są pytania dotyczące ich cyklu miesiączkowego. Ponieważ poziom hormonów może mieć znaczący wpływ na analizę biopróbek, ostry wysiłek fizyczny z pobraniem mięśni i krwi po okresie interwencji zostanie zaplanowany tak, aby wystąpił w tej samej fazie cyklu miesiączkowego, co przedtreningowy atak ćwiczeń ostrej reakcji.

   Pobieranie próbek mięśni — Łącznie pobiera się 7 próbek mięśni za pomocą przezskórnej biopsji igłowej mięśnia obszernego bocznego, stosując ustalone procedury:

   3 zebrane przed i po pierwszym ataku ostrej reakcji w stanie przedtreningowym (przed wysiłkiem, 3 godziny po wysiłku, 24 godziny po wysiłku); 3 zebrane przed i po ataku ostrej reakcji w stanie potreningowym (przed wysiłkiem, 3 godziny po wysiłku, 24 godziny po wysiłku);

   1 pobrano podczas wizyty kontrolnej 4 tygodnie po zakończeniu okresu interwencji.

   Pobieranie krwi — Łącznie pobiera się 9 próbek krwi przez nakłucie żyły przy użyciu ustalonych procedur:

   4 zebrane przed i po pierwszym ataku ostrej reakcji w stanie przedtreningowym (przed treningiem, 15 min po wysiłku, 3 godziny po wysiłku, 24 godziny po wysiłku); 3 zebrane przed i po ataku ostrej reakcji w stanie potreningowym (przed wysiłkiem, 15 min po wysiłku, 3 godziny po wysiłku, 24 godziny po wysiłku);

   1 pobrano podczas wizyty kontrolnej 4 tygodnie po zakończeniu okresu interwencji.

   Oceny wydolności ćwiczeń — maksymalna siła 1 powtórzenia (1RM) przy ruchach górnej i dolnej części ciała, szczytowa wydolność tlenowa (VO2peak) na ergometrze rowerowym, test mocy beztlenowej Wingate, szczytowa moc mięśni prostowników stawu kolanowego przy użyciu sterowanego komputerowo dynamometru oraz test skoku pionowego przeprowadza się przed i po okresie interwencji. Niektóre testy wydajności są również przeprowadzane w połowie interwencji (około 6. tygodnia).

   Spożycie w diecie — Spożycie w diecie będzie monitorowane przy użyciu zatwierdzonego 24-godzinnego wywiadu w tygodniach 0 i 12.

   Zapewnienie jakości:

   Sesje ćwiczeń: Badani zostaną dokładnie poinstruowani w zakresie właściwych metod i będą stale monitorowani. Wszystkie sesje ćwiczeń są wykonywane pod pełnym nadzorem doświadczonego, certyfikowanego personelu [Certyfikowany specjalista ds. Siły i kondycji (National Strength and Conditioning Association) i/lub Certyfikowany specjalista ds. ćwiczeń (American College of Sports Medicine)].

   Pobieranie biopróbek: Wszystkie biopsje mięśni i pobieranie krwi są wykonywane przez przeszkolonych, profesjonalnych klinicystów i pracowników badawczych, którzy mają doświadczenie i są lokalnie certyfikowani.

   Skany DXA: Wszystkie skany DXA są wykonywane przez przeszkolonych techników w UAB.

   Testy genetyczne: Testy genetyczne próbek będą powiązane z unikalnym identyfikatorem uczestnika, który w żaden sposób nie identyfikuje uczestnika. Powiązania z osobistymi informacjami zdrowotnymi są bezpiecznie przechowywane w ośrodku klinicznym (UAB).

   Badanie zostanie przeprowadzone przez dobrze wyszkolony i doświadczony personel, który zostanie zidentyfikowany w IRB przed rozpoczęciem pracy nad tym badaniem.

   PI będzie ostatecznie odpowiedzialna za monitorowanie danych i bezpieczeństwa: (i) Aktualizowanie wszystkich dokumentów badawczych i udostępnianie ich do wglądu przez sponsora, UAB IRB i innych upoważnionych recenzentów; (ii) Zapewnienie, że przestrzegane są odpowiednie mechanizmy ochrony bezpieczeństwa uczestników badania; (iii) Zapewnienie przestrzegania wymagań protokołu; oraz (iv) Zapewnienie, że dane są dokładne, kompletne i bezpieczne. Wszystkie dokumenty związane z prowadzeniem badania będą przechowywane przez PI.

   Mimo że ta próba nie spełnia wymagań dla Rady Monitorującej Dane i Bezpieczeństwo, będziemy postępować zgodnie z proaktywnym Planem Monitorowania Danych i Bezpieczeństwa, jak opisano poniżej.

   1. Cotygodniowe przeglądy na spotkaniach badaczy/zespołu personelu notatek z postępów rekrutacji, aktualizacji/raportów z ośrodka ćwiczeń, laboratoriów i personelu zarządzającego danymi oraz nowo dostępnych danych.
   2. Kwartalny przegląd bezpieczeństwa i pośrednia analiza danych dokonywana przez PI.
   3. Coroczny przegląd przeprowadzany przez UAB IRB.
   4. Półroczna ocena bezpieczeństwa pacjenta przez zespół badawczy.

   Wszystkie zdarzenia niepożądane inne niż poważne będą dokumentowane, a podsumowanie dostarczane do UAB IRB w ustalonych z góry odstępach czasu (co najmniej raz w roku). Wszelkie SAE zostaną zgłoszone do UAB IRB w ciągu 3 dni od ich wykrycia. Zbiorcze raporty AE/SAE zostaną dostarczone sponsorowi zgodnie z upoważnieniem. Jeśli wystąpi AE (poważne lub nie poważne), PI zostanie natychmiast powiadomiony. W zależności od zdarzenia, kontynuacja może wymagać dodatkowych badań lub procedur medycznych zgodnie ze wskazaniami i/lub skierowania do specjalisty. Lekarze biorący udział w badaniu podejmą takie decyzje. W zależności od rodzaju AE/SAE, PI mogą zdecydować o wyłączeniu pacjenta z badania. PI będą ostatecznie odpowiedzialni za ocenę każdego zdarzenia niepożądanego pod kątem związku z protokołem, powagi i przewidywalności, jakiegokolwiek wpływu na stosunek ryzyka do korzyści oraz tego, czy potrzebne są modyfikacje dokumentu i/lub protokołu świadomej zgody. PI będą również odpowiedzialni za ustalenie, czy protokół musi zostać zawieszony do czasu wprowadzenia zadowalających modyfikacji; jednakże ostateczna władza w takich przypadkach będzie należała do UAB IRB.