Regeneração muscular durante a reabilitação física e suplementação de aminoácidos

O objetivo deste projeto de pesquisa translacional é identificar os principais mecanismos envolvidos na regulação da perda e regeneração do músculo esquelético após a artroplastia total do joelho (ATJ). A artroplastia total do joelho induz declínios significativos na massa e força muscular, o que é diretamente responsável pela redução da função, especificamente da independência funcional. Tais declínios na força e volume muscular e nas atividades da vida diária (levantar-se de uma cadeira, subir escadas e caminhar) podem persistir por até 2 anos.

A atrofia é o resultado direto de um desequilíbrio entre a síntese e degradação de proteínas musculares. No entanto, existem dois mecanismos bastante distintos que levam à perda muscular: degradação acelerada de proteínas (ex. lesão por queimadura), resultante principalmente da resposta ao estresse ou diminuição da síntese de proteínas (por exemplo, imobilização). Em caso de estresse severo, a síntese de proteína muscular na verdade aumenta, embora não seja suficiente para impedir a perda muscular, e os estímulos anabólicos, como nutrição, não podem neutralizar a atrofia muscular. Por outro lado, a diminuição da síntese proteica decorrente da inatividade pode ser estimulada pela nutrição e pelo exercício, reduzindo ou prevenindo a atrofia. Atualmente, não sabemos qual condição predomina após ATJ: catabolismo induzido por estresse cirúrgico ou declínios na síntese associados à imobilidade. O que não se sabe é qual via de sinalização predomina após ATJ; catabolismo induzido por estresse ou imobilidade associada a declínios na síntese. Nosso objetivo é determinar qual modelo (estresse ou inatividade) é responsável pela perda muscular aguda e rápida após ATJ para melhor focar os esforços de reabilitação.

Nossa hipótese geral é que a atrofia do quadríceps após a cirurgia de ATJ se deve principalmente à inatividade, que pode ser neutralizada pela fisioterapia (PT) e suplementação de aminoácidos essenciais (EAA). Nosso objetivo é delinear os mecanismos básicos subjacentes à perda muscular com ATJ e, com base nessas novas informações, encontrar novas estratégias de reabilitação para acelerar a recuperação da função normal da ATJ.

Assim, nosso plano é testar em idosos a seguinte hipótese específica:

1. A ATJ induz um catabolismo proteico líquido agudo e grave, reduzindo a síntese de proteínas musculares
2. O catabolismo induzido por ATJ é atenuado com a ingestão de EAA
3. A suplementação de EAA após o PT estimulará a síntese de proteína muscular e a sinalização mTOR em maior extensão do que o PT com Placebo
4. A suplementação de EAA durante a reabilitação de ATJ PT melhorará a força muscular, o volume muscular e os resultados funcionais em maior extensão do que o PT com Placebo

Para testar nossa hipótese específica, abordaremos os seguintes objetivos específicos:

1. Para determinar se a cirurgia de ATJ reduz a síntese de proteína muscular e/ou aumenta a quebra de proteína muscular
2. Determinar se a síntese de proteína muscular aumenta agudamente com a ingestão de EAA após cirurgia de ATJ
3. Determinar se a síntese de proteína muscular e a sinalização mTOR serão estimuladas pela reabilitação do PT e aprimoradas pela suplementação com EAA
4. Para determinar se a suplementação de EAA durante ATJ com PT tradicional por 6 semanas melhora a força muscular, o volume muscular e os resultados funcionais após ATJ. Aminoácidos essenciais são baratos, bem tolerados e facilmente digeríveis e demonstraram estimular independentemente a síntese de proteínas musculares e componentes da via de sinalização anabólica mTOR. Meu objetivo de aumentar a força muscular e a mobilidade funcional é especificamente delineado nas Sete Áreas Prioritárias do National Center for Medical Rehabilitation Research e está alinhado com o roteiro e as prioridades do NIH, e nos ajudará a entender o metabolismo da proteína muscular durante a reabilitação fisioterapêutica. Ao adotar um projeto de pesquisa translacional orientado por mecanismo que vincula mudanças na sinalização celular com medidas de resultados funcionais (célula → sistema → função), iremos capturar os principais eventos fisiológicos responsáveis ​​pela regulação da massa muscular e função após ATJ.