Wpływ regularnej aktywności na fizjologię między sportowcami rekreacyjnymi o różnej zawartości tkanki tłuszczowej

Czternaście aktywnych zawodniczek uprawiających sporty wytrzymałościowe (8 o niższej zawartości tkanki tłuszczowej, 6 o większej zawartości tkanki tłuszczowej) zostanie zrekrutowanych do udziału w tym badaniu. Badanie obejmie dwa eksperymentalne dni w Institute of Sports Science and Medicine (ISSM) oraz w budynku Sandels na Florida State University. Uczestnicy przybędą do laboratorium na czczo na dni badań laboratoryjnych. Wszyscy uczestnicy wypełnią kwestionariusz historii zdrowia, kwestionariusz aktywności fizycznej i podpiszą świadomą zgodę przed wykonaniem jakichkolwiek badań.

Testowanie dzień 1:

W pierwszym dniu testów uczestnicy przyjadą rano do ISSM w celu uzyskania świadomej zgody, przeprowadzenia testów antropometrycznych, badania składu ciała, spoczynkowego ciśnienia krwi i testów wydolności. Wszystkie testy będą nadzorowane przez certyfikowanego specjalistę od siły i kondycji.

Antropometria:

Pomiary antropometryczne i składu ciała zostaną ocenione pierwszego dnia w laboratorium, aby upewnić się, że spełnione są kryteria włączenia. Wzrost i waga zostaną zmierzone odpowiednio za pomocą stadiometru ściennego (SECA, Hamburg, Niemcy) i wagi cyfrowej (Detecto®, Webb City, MO, USA) i wykorzystane do obliczenia wskaźnika masy ciała (BMI: kg/m2) . Masa beztłuszczowa, masa tłuszczu i procent tkanki tłuszczowej zostaną ocenione przez firmę Bod Pod (Cosmed, Chicago, IL) zgodnie z instrukcjami producenta.

Testy sprawnościowe:

Submaksymalny test ergometru rowerowego YMCA (Monarch, Kroons väg, Vansbro, Sverige) zostanie wykorzystany do oceny aktualnego poziomu sprawności. Zgodnie ze środkami ostrożności dotyczącymi COVID-19, uczestnicy zostaną poproszeni o wykonanie testu na ergometrze na zewnątrz laboratorium ISSM i zachowanie środków ochrony indywidualnej oraz dystansu społecznego zgodnie z wcześniejszym opisem. Test składa się z trzech do czterech trzyminutowych etapów. Pierwszy etap testu rozpoczyna się od pedałowania przez uczestników z oporem 0,5 kg (150 kgm/min) przy 50 obr./min. Tętno będzie rejestrowane na koniec każdej minuty, a jeśli pomiary w drugiej i trzeciej minucie są oddalone od siebie o pięć uderzeń, badacz dostosuje opór w zależności od ostatnio zarejestrowanego tętna (<80 uderzeń na minutę = 2,5 kg, 80 - 90 uderzeń na minutę = 2,0 kg, 90–100 uderzeń na minutę = 1,5 kg i >100 uderzeń na minutę = 1,0 kg). Uczestnik będzie nadal pedałował z prędkością 50 obr./min przez każdy z etapów, a każdy etap po etapie drugim będzie zwiększał się o 0,5 kg. Test kończy się po zebraniu dwóch odczytów tętna (między 110 a 150) w dwóch różnych etapach. Pomiary tętna i intensywności dla dwóch etapów zostaną wykorzystane do oszacowania VO2peak uczestnika przy użyciu następujących równań: VO2max (ml/kg/min) = a (HRmax - HR2) + VO22, „a” to nachylenie linii utworzone przez HR i VO2 w dwóch etapach testu169. Przed testem uczestnicy zostaną wyposażeni w czujnik tętna z paskiem na klatkę piersiową i odbiornik zegarka (Polar, Lake Success, NY), który będzie stale rejestrował tętno przez cały czas trwania testu. Uczestnicy zostaną również poproszeni o ocenę postrzeganego wysiłku podczas testu. Skala Borga od 6 do 20, gdzie 6 odpowiada odpoczynkowi, a 20 odpowiada maksymalnemu wysiłkowi, aby określić, jak ciężko czuli, że pracują podczas testu sprawności.

Kompozycyjne badanie jakości mięśni:

Po standardowym 20-minutowym okresie odpoczynku uczestnicy zostaną poproszeni o zajęcie miejsca na stole do badań. Zdjęcia mięśnia prostego uda zostaną wykonane w połowie odległości między fałdem pachwinowym a proksymalną częścią rzepki za pomocą ultradźwięków. Procent tkanki tłuszczowej mięśnia prostego uda zostanie oceniony na podstawie analizy intensywności echa ultrasonograficznego i powiązanych obliczeń. Wszystkie parametry ultrasonografu (głębokość, wzmocnienie itp.) będą utrzymywane na stałym poziomie między każdym uczestnikiem. Średnia z dwóch pomiarów zostanie wykorzystana do ilościowego określenia intensywności echa. Intensywność echa pomiarów zostanie określona ilościowo za pomocą analizy histogramu Adobe Photoshop (San Jose, CA) i zostanie wykorzystana do oszacowania procentu tłuszczu śródmięśniowego przy użyciu następujących równań.

Kobiety: y = [(0,062) • (40 • z + x)] + 7,901 Mężczyźni: y = [(0,114) • (40 • z + x) + 1,126]

*x = intensywność surowego echa, y = procent tłuszczu międzymięśniowego, z = grubość podskórnej tkanki tłuszczowej

Funkcjonalne badanie jakości mięśni:

Pomiary przekrojowe mięśnia prostego uda (pomiary ultrasonograficzne) wraz z testem siły izokinetycznej posłużą do obliczenia jakości funkcjonalnej mięśni (FMQ = N-m/mm2). Wytwarzanie siły będzie dostępne za pomocą dynamometrii izokinetycznej (Biodex Medical Systems Inc, Shirley, NY) przy użyciu wyprostu i zgięcia kolana przy 60º/s w celu przetestowania siły. Uczestnicy wykonają 2 serie po 3 powtórzenia, moc szczytowa serii zostanie wykorzystana jako pomiar maksymalnej produkcji siły (N-m). Pomiędzy seriami przewidziana jest 2-minutowa przerwa. Testy izokinetyczne nie są zwykłym trybem ćwiczeń, ponieważ wymagają sprzętu, który zwykle można znaleźć tylko w warunkach laboratoryjnych. Podobnie konkretny test, który będziemy przeprowadzać, wymaga bardzo krótkiego czasu podczas wysiłku fizycznego. Test nie zwiększa wentylacji minutowej, ponieważ w sumie 30 sekund ćwiczeń zajmie około 15 sekund na serię. Dlatego ten test nie zwiększy ryzyka rozprzestrzeniania się COVID-19. Jednak w celu zmniejszenia ewentualnego ryzyka rozprzestrzeniania się COVID-19 uczestnicy będą musieli nosić osłonę twarzy podczas tego testu, a zespół dochodzeniowy przestrzega protokołów dotyczących dystansu społecznego podczas testu.

7-dniowe pomiary stylu życia Pod koniec testów tego dnia uczestnicy otrzymają pakiet z dziennikami posiłków i ćwiczeń, akcelerometrami (Actigraph WGT3X-BT, Pensacola, Floryda) i zespołami do badań zmęczenia (Vancouver, BC, Kanada ) do wykorzystania przez następne siedem dni. Pakiet informacyjny będzie zawierał również dane kontaktowe zespołu badawczego w przypadku wystąpienia problemu z którymkolwiek ze sprzętu.

W ciągu następnych 7 dni uczestnicy będą śledzić swoje codzienne procedury treningowe, rejestrując dystans, czas do ukończenia i tempo odczuwanego wysiłku podczas sesji treningowej. Będą nosić akcelerometr (Actigraph WGT3X-BT, Pensacola, Floryda), aby rejestrować swoją nieustrukturyzowaną aktywność fizyczną, oraz opaskę naukową dotyczącą zmęczenia (Vancouver, BC, Kanada), aby śledzić czas trwania i jakość snu.

Uczestnicy będą również wypełniać dzienniki żywności przez wszystkie siedem dni w celu ilościowego określenia ich normalnej diety. Informacje z dzienników żywności zostaną przeanalizowane (oprogramowanie do analizy żywienia Food Processor© firmy ESHA Research, Salem, Oregon) pod kątem zawartości kalorii i makroskładników (węglowodanów, białek i tłuszczów). Dzienniki treningowe będą wykorzystywane przez uczestników do rejestrowania sesji treningowych. Zarejestrowane informacje będą dotyczyły odległości, czasu trwania i tempa sesji postrzeganego wysiłku. Akcelerometry będą wykorzystywane do uwzględniania nieustrukturyzowanej aktywności fizycznej i ilościowego określania potencjalnych różnic w czasie siedzenia. Pasma naukowe dotyczące zmęczenia będą wykorzystywane do rejestrowania jakości snu, latencji i czasu trwania. Wszystkie te parametry zostaną wykorzystane do zbadania potencjalnych różnic między dwiema grupami i umożliwią potencjalne analizy współzmiennych.

Testowanie dzień 2:

Po 7-dniowym okresie zbierania danych w domu uczestnicy zgłoszą się do laboratorium na drugi dzień testów (występujący nie więcej niż 10 dni po pierwszym dniu). Uczestnicy przyjadą rano do ISSM na testy mikrodializacyjne, pomiary metaboliczne, ćwiczenia i pobranie krwi.

Reakcja lipolityczna na ćwiczenia:

Dwie sondy do mikrodializy zostaną wprowadzone przezskórnie 5-10 cm w bok od pępka w celu pobrania glicerolu śródmiąższowego w celu ilościowego określenia lipolizy. Sondy do mikrodializy będą perfundowane roztworem 0,9% chlorku sodu i ~10 mM etanolu (w celu ilościowego określenia przepływu krwi) przy 2,0 µl/min9,122. Stężenie glicerolu w śródmiąższu zostanie obliczone za pomocą następującego równania, podobnie jak w innych badaniach:

Gly in vivo = (Gly dializat (1 - EtOH dializat/perfuzat) / (względny odzysk EtOH in vitro / względny odzysk Gly in vitro) Po 45-minutowym okresie równoważenia sondy do mikrodializy, spoczynkowy dializat będzie zbierany łącznie przez 60 minut (fiolki do pobierania zmieniane co 15 minut). Następnie uczestnicy ukończą 45-minutową jazdę na ergometrze rowerowym (Velotron, Sram, Chicago, IL) (poza laboratorium ISSM na świeżym powietrzu) ​​przy 70% szacowanego VO2peak. Uczestnicy będą mogli pedałować z odpowiednią kadencją, ponieważ ergometr będzie utrzymywał waty pomimo obrotów na minutę. Podczas jazdy uczestnicy będą otrzymywać 125 ml wody co 15 minut. Jednorazowe pobranie dializatu nastąpi bezpośrednio po zakończeniu przejazdu. Dializat będzie następnie zbierany przez 120 minut po aktywności fizycznej (fiolki do pobierania zmieniane co 15 minut). Uczestnicy będą mogli usiąść i spokojnie czytać w laboratorium w celu zebrania wszystkich danych dotyczących aktywności postfizycznej. Utlenianie tłuszczu będzie mierzone za pomocą kalorymetrii pośredniej przez 30 minut przed i bezpośrednio po wysiłku oraz ponownie przez ostatnie 30 minut 120-minutowego okresu po wysiłku. Dializat będzie przechowywany w temperaturze 4ºC do analizy etanolu w ciągu 24 godzin. a następnie przechowywano w temperaturze -80ºC do czasu analizy partii wszystkich próbek glicerolu z dializatu (CMA600, Solna, Szwecja).

Stosunek odpływ/dopływ etanolu do mikrodializy

Etanol (~10 mM) zostanie dodany do medium perfuzyjnego w celu monitorowania przepływu krwi w tkance tłuszczowej w obszarze sondy do mikrodializy9. Etanol dyfunduje przez błonę dializacyjną i nie jest metabolizowany w tkance tłuszczowej w znaczącym stopniu. Etanol jest transportowany z obszaru lokalnego przez przepływ krwi w mikrokrążeniu w bezpośrednim sąsiedztwie membrany sondy. Do pomiaru etanolu w perfuzacie i dializacie stosuje się enzymatyczną metodę fluorometryczną. Przepływ krwi będzie wyrażony jako stosunek stężenia etanolu w dializacie (odpływ) do stężenia etanolu w perfuzacie (dopływ):

Stosunek odpływ/dopływ etanolu = [dializat etanolu]/[perfuzat etanolu] Stosunek odpływ/dopływ etanolu jest odwrotnie proporcjonalny do lokalnego przepływu krwi w tkance tłuszczowej. Kalorymetria pośrednia przy użyciu wózka metabolicznego Parvo (TrueOne 2400; Parvomedics; Salt Lake City, UT) zostanie wykorzystana do pomiaru spoczynkowego wydatku energetycznego i określenia utleniania tłuszczu w całym ciele w spoczynku i po wysiłku.

Procedury metaboliczne i bodziec wysiłkowy Siedemdziesiąt pięć minut po wprowadzeniu sond do mikrodializy uczestnicy zostaną poproszeni o leżenie w pozycji leżącej na plecach przez 30 minut, aby zmierzyć spoczynkowy wydatek energetyczny i współczynnik wymiany oddechowej w celu ilościowego określenia spoczynkowego utleniania tłuszczu w całym ciele. Po spoczynkowych pomiarach metabolizmu uczestnicy zostaną wyprowadzeni poza laboratorium na tor. Uczestnicy zostaną poinstruowani poprzez standardową dynamiczną rozgrzewkę trwającą około pięciu minut (załącznik A). Następnie uczestnicy zostaną poinstruowani, aby jeździć na ergometrze rowerowym Monarch utrzymując 90 obrotów na minutę przez 45 minut. Opór zostanie ustawiony tak, aby wywoływał około 2-3 watów na kilogram beztłuszczowej masy ciała, co odpowiada około 70% szacowanej wartości VO2peak. Zgodnie ze środkami ostrożności związanymi z COVID-19 rozgrzewka i jazda na rowerze będą odbywać się z zachowaniem bezpiecznego i zalecanego dystansu społecznego (co najmniej 6 stóp). Natychmiast po kolarstwie uczestnik zostanie odeskortowany z powrotem do laboratorium i poproszony o położenie się na plecach na 30 minut ciągłego zbierania gazów w celu pomiaru powysiłkowego wydatku energetycznego, współczynnika wymiany oddechowej i utleniania tłuszczu. Pomiary te zostaną wykonane ponownie w tej samej pozycji leżącej przez 30 minut pod koniec 120-minutowego okresu powysiłkowego.

Zmiany hormonu krążącego podczas ćwiczeń Próbki krwi żylnej przez żyłę łokciową zostaną pobrane w celu zmierzenia stężenia insuliny, ludzkiego hormonu wzrostu, przedsionkowego peptydu natriuretycznego i glukozy. W sumie zostaną pobrane trzy próbki krwi, w dniu badania mikrodializy bezpośrednio przed i po wysiłku fizycznym, a także 120 minut po wysiłku. Insulina i hormon wzrostu w osoczu zostaną porównane między grupami i wykorzystane jako współzmienna dla działania lipolitycznego.

Cała krew zostanie pobrana do powlekanych heparyną pojemników na osocze i będzie wirowana przez 15 minut przy 3500 obr./min w 4°C, a porcje osocza będą przechowywane w temperaturze -80°C do późniejszej analizy partii, aby ograniczyć zmienność testu z dnia na dzień. Stężenie glukozy we krwi włośniczkowej i HbA1c z palca będą mierzone odpowiednio za pomocą ręcznego glukometru (OneTouch Ultra, LifeScan Europe, CH) i analizatora DCA Vantage (Siemens, Tarrytown, NY). Insulina w osoczu (systemy R&D, DINS00, Minneapolis, MN) i ludzki hormon wzrostu (systemy R&D, DGH00, Minneapolis, MN) zostaną ocenione za pomocą testu immunoenzymatycznego zgodnie z instrukcjami producenta. Krew zostanie pobrana natychmiast po badaniu metabolicznym do pomiarów spoczynkowych, bezpośrednio po treningu na rowerze i 120 minut po zakończeniu ćwiczeń.