Efeitos do déficit energético agudo e do exercício aeróbico na qualidade muscular

Justificativa da pesquisa:

As estratégias de perda de peso que usam apenas a restrição de energia podem levar ao comprometimento da massa muscular, o que também pode prejudicar ainda mais a saúde de indivíduos com condições metabólicas, como os diabéticos tipo 2. A massa e função muscular esquelética são fundamentais para manter um metabolismo saudável e qualidade de vida ao longo da vida. A combinação de exercícios e restrição calórica é uma intervenção poderosa para reduzir o peso corporal e melhorar o metabolismo e o estado de saúde de indivíduos saudáveis, com sobrepeso e obesos. Os pesquisadores mostraram anteriormente que a síntese de proteína do músculo esquelético é reduzida com restrição de energia e que o exercício de resistência pode reverter esse efeito negativo. O exercício do tipo aeróbico também tem a capacidade de estimular a síntese de proteína muscular e melhorar a qualidade do músculo, aumentando a síntese de proteína mitocondrial. No entanto, como o déficit de energia sobreposto ao exercício aeróbico modula a qualidade do músculo esquelético não está bem caracterizado. Além disso, os estudos existentes analisaram apenas a síntese de proteínas mistas (inespecíficas) de diferentes compartimentos intracelulares, sem fornecer detalhes sobre como a síntese de proteínas específicas é regulada.

Este projeto fornecerá novos dados para desvendar os mecanismos por trás do efeito positivo da restrição de energia e exercício aeróbico concomitante na qualidade do músculo esquelético.

O exercício aeróbico sozinho é uma intervenção bem estabelecida para aumentar a capacidade mitocondrial e a função do músculo esquelético, mas o efeito sobre o músculo esquelético da restrição energética sobreposta durante a realização do exercício aeróbico não está bem caracterizado. Descobertas recentes em macacos Rhesus, cuja fisiologia responde de maneira muito semelhante à dos humanos, mostraram que a restrição calórica ao longo da vida tem um profundo efeito positivo no músculo esquelético. Esses achados mostram que a restrição calórica não apenas mantém o conteúdo contrátil do músculo, mas também resgata o declínio relacionado à idade do conteúdo e capacidade mitocondrial do músculo esquelético. No entanto, a atividade física neste estudo não foi controlada e parece ser maior no grupo de restrição calórica, representando um importante fator de confusão. Pesquisas em humanos abordando questões semelhantes até agora têm sido menos claras. A perda de peso pronunciada apenas por restrição de energia (10% do peso corporal total em aproximadamente 7,5 semanas) em mulheres obesas leva a uma diminuição no conteúdo mitocondrial muscular. Em contraste, usando uma restrição mais leve de 25% da energia total sozinha ou combinada com exercícios durante 6 meses em indivíduos com sobrepeso, houve aumento da expressão de genes que codificam proteínas mitocondriais em ambos os grupos. No entanto, apesar dessas descobertas promissoras sugerindo que a perda de peso combinada com o exercício aumentará o metabolismo do músculo esquelético, atualmente não há dados fortes para fornecer suporte ao uso de restrição energética concomitante e exercício aeróbico com análise aprofundada de seus efeitos fisiológicos e moleculares. em humanos.

O estudo aqui proposto incluirá um curto período de exercício rigidamente controlado e ingestão alimentar para mostrar que o déficit de energia durante a realização de exercícios aeróbicos resulta em benefícios adicionais para a adaptação metabólica muscular. O projeto atual se baseia nas descobertas de pesquisas anteriores e recentes do investigador para abordar diretamente essa questão. Esta pesquisa mostrou que o exercício resistido durante déficit energético diário de 30% resgata a diminuição da síntese de proteína miofibrilar mista (inespecífica) observada apenas com déficit energético. Além disso, a pesquisa do investigador mostrou que o exercício aeróbico regula positivamente proteínas específicas nas mitocôndrias do músculo esquelético em roedores; que o perfil de gotículas lipídicas do músculo esquelético responde ao exercício e à nutrição; que a nutrição modula a resposta celular ao exercício aeróbico e, mais importante; que o exercício aeróbico após déficit de energia de curto prazo (~ 14 horas) pode regular positivamente os marcadores da biogênese mitocondrial no músculo esquelético e melhorar o controle metabólico em humanos.

Objetivos e Hipóteses:

A principal questão de pesquisa associada a este estudo é: 'Qual é o efeito combinado de um déficit de energia e treinamento aeróbico na qualidade muscular (taxas de síntese de proteínas individuais, sarcoplasmáticas e mitocondriais) e na dinâmica lipídica intramuscular durante um período de cinco dias em indivíduos saudáveis? machos?'

Outros objetivos:

1. Identificar os mecanismos pelos quais um déficit energético de curto prazo (obtido por meio de restrição energética concomitante e exercício) pode regular o turnover de proteínas musculares individuais (síntese, degradação e abundância), dinâmica lipídica intramuscular, metabólitos e conteúdo de glicogênio muscular durante a perda de peso.
2. Fornecer novas evidências para a capacidade de uma dieta à base de batata como uma fonte eficaz de nutrientes para promover o músculo esquelético positivo e as adaptações metabólicas durante a perda de peso.

Hipótese do estudo:

A restrição energética de curto prazo com exercício aeróbico concomitante aumentará a qualidade e a quantidade de proteínas do músculo esquelético relacionadas à capacidade mitocondrial, melhorará o perfil de gotículas lipídicas intracelulares do músculo esquelético e modulará marcadores sanguíneos de saúde metabólica em comparação com exercícios sem déficit de energia.

Métodos de estudo:

Os participantes primeiro realizarão testes para caracterização (detalhados abaixo), seguidos por uma avaliação inicial de 5 dias (dias -5 a -1) e dois períodos consecutivos de 5 dias de exercício controlado para aumentar a capacidade oxidativa (3 dias de exercício aeróbico por período, 15 kcal/kg FFM/dia gasto energético em corrida) e ingestão energética (15 dias no total, com uma sessão de teste na manhã 16). Isso atingirá estados de balanço energético (EB; disponibilidade energética - EA - 45 kcal/kg de massa livre de gordura (FFM)/dia), necessários para manutenção do peso (dias 1 - 5), seguidos de déficit energético (ED; EA 10 kcal/kg FFM/dia), necessário para perda de peso nos dias 6 - 10. Este desenho experimental, assim como a ingestão e gasto de energia, replica o que os investigadores usaram anteriormente para determinar com sucesso outros efeitos fisiológicos da disfunção erétil no músculo esquelético. Cinco dias de AME e AE permitirão um controle rigoroso da ingestão alimentar e serão suficientes para detectar alterações nos principais parâmetros investigados.

O teste de caracterização do participante será aproximadamente 15 dias antes do início da avaliação inicial para determinar a conformidade com os critérios de inclusão, níveis de condicionamento físico (consumo máximo de oxigênio e limiar de lactato [por meio de amostras capilares picadas no dedo]) e composição corporal. Na avaliação inicial de um músculo em repouso, uma biópsia será feita do vasto lateral (quadríceps), antes da ingestão do traçador óxido de deutério (D2O) durante os 15 dias seguintes para permitir o perfil proteômico dinâmico do músculo esquelético. Um total de 4 biópsias serão feitas por participante, o que está de acordo com a pesquisa anterior do investigador. A avaliação de linha de base é usada para enriquecimento de D2O para ensaio de perfil proteômico dinâmico e garantir que a atividade física regular dos indivíduos corresponda aos requisitos do estudo. Ao longo de cada período experimental de 5 dias, biópsias musculares (dias -5, 1, 6 e 11), amostras diárias de saliva (não estimulada, coletadas em casa) e amostras regulares de sangue venoso (dias -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 e 11) serão coletados para a avaliação do perfil proteômico dinâmico, perfil de gotículas lipídicas específicas do tipo de fibra, glicogênio e D2O do músculo esquelético e hormônios e metabólitos transmitidos pelo sangue relacionados à perda de peso. A Taxa Metabólica de Repouso (RMR; avaliada por calorimetria indireta) e a avaliação da composição corporal serão realizadas usando varreduras de absorciometria de raios-X duplos (DXA) nos dias -5, 1, 6 e 11 da intervenção. A análise de impedância bioelétrica (BIA) também será usada para avaliar a composição corporal em cada visita ao laboratório (dias -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 e 11).

Intervenções dietéticas e balanço energético:

A dieta seguirá a ingestão diária de referência de nutrientes para fornecer ~60, 20 e 20% de energia de carboidratos, gorduras e proteínas, respectivamente. De acordo com os requisitos de financiamento, a porcentagem de energia total de fontes à base de batata será > 60% durante o EB e > 65% durante o ED. As batatas serão cozidas de várias maneiras diferentes que não adicionam uma quantidade significativa de energia, como cozidas, cozidas no micro-ondas, assadas, etc.

Manipulação de disponibilidade de energia:

A disponibilidade de energia (EA), que é definida como a ingestão de energia menos o gasto de energia do exercício - normalizado para massa livre de gordura - é usado como um parâmetro chave para determinar o balanço de energia. Os pesquisadores são os primeiros a mostrar que valores abaixo de 30 kcal/kg/FFM podem modular as respostas do músculo esquelético, o que está de acordo com outras pesquisas sobre uma variedade de respostas metabólicas à EA. Com base nesta pesquisa recente, que usou 20 kcal/kg FFM/dia por ~14 hs, a intervenção atual induzirá um déficit energético mais pronunciado por mais tempo. A ingestão média de energia ao longo dos 5 dias para um participante médio de 85 kg (70 kg FFM) será de 3.780 kcal/dia para EB e 1.330 kcal/dia ED. Isso atingirá um déficit de energia cumulativo aproximado de 12.250 kcal durante o período de 5 dias, resultando em aproximadamente ~ 1,5 kg de perda de massa corporal do tecido líquido, dado que ~ 7.450 kcal são necessários para perder 1 kg de tecido líquido. A perda de água será responsável por aproximadamente 1 kg adicional de perda de peso corporal, o que será consequência da diminuição dos estoques endógenos de carboidratos (glicogênio), aos quais a água se liga, bem como da flutuação da água devido às alterações do sódio. O glicogênio muscular esquelético também é um regulador dos aspectos qualitativos do músculo e também será investigado.

Assuntos. Uma população normal permitirá aos pesquisadores determinar as respostas fisiológicas a esta intervenção. Dez homens jovens (18-40 anos) saudáveis, que se exercitam regularmente com um percentual de gordura corporal de aproximadamente 18-26%.

Qualidade:

Os pesquisadores associados a este estudo e associados à revisão do protocolo do estudo são todos membros da equipe (ou um aluno de doutorado) do Instituto de Pesquisa da Universidade John Moores de Liverpool para Ciências do Esporte e do Exercício (RISES). No 2014 RISES (LJMU) submeteu 34,75 FTE (equivalente a tempo integral) à Unidade de Avaliação 26 (UoA26) e obteve um GPA (Média de Pontos) de 3,57. Colocado em segundo lugar no GPA na UoA, o RISES tornou-se o principal centro de Qualidade de Pesquisa em Ciências do Esporte e do Exercício no Reino Unido (4* - 61% de todas as atividades líderes mundiais, 3* - 36% de todas as atividades de padrão internacionalmente excelente). O RISES apresentou o maior volume de resultados 4* (n=60) na UoA, teve 90% da atividade de impacto classificada como 4* e teve 100% do ambiente classificado como 4*. É importante ressaltar que, de 1.911 envios em todos os 36 UoA's RISES, ficou em 11º lugar em todo o Reino Unido para o GPA alcançado no REF2014, colocando RISES (LJMU) entre Oxford, UCL, LSE e Cambridge nas tabelas de classificação para esta métrica.