Потребление белка и снижение шага у пожилых людей (DRI)

Возрастное снижение массы скелетных мышц, называемое саркопенией, связано с множеством метаболических заболеваний, включая, помимо прочего, рак, инсульт, микрососудистые заболевания, диабет 2 типа, болезни Паркинсона и Альцгеймера. Кроме того, снижение массы скелетных мышц также сопровождается еще более резким снижением силы скелетных мышц, известным как динапения, что является предрасположенностью к инвалидности и падениям.

Саркопения начинается на 5-м десятилетии жизни и протекает, по крайней мере, на основе популяционных оценок, со снижением примерно на 0,8% в год, при этом потери силы более значительны и более вариабельны и составляют 2-5% в год после 50 лет. Однако эти темпы потери мышц и силы не являются линейными. Скорее, неуклонное снижение потери мышечной массы прерывается кратковременными периодами бездействия мышц, которые ускоряют потерю силы и мышечной массы и от которых пожилым людям труднее восстанавливаться по сравнению с молодыми. Было показано, что эти острые периоды неиспользования мышц приводят к преходящему ускоренному снижению силы и массы скелетных мышц, эффективно ускоряя саркопению. Такие эпизоды мышечной бездеятельности проявляются при различных обстоятельствах, таких как госпитализация, требующая кратковременного постельного режима, иммобилизация конечностей из-за перелома или хирургического вмешательства, а также периоды неактивного выздоровления от болезней. Например, грипп является второй наиболее частой причиной краткосрочной госпитализации у лиц в возрасте 65 лет со средней продолжительностью пребывания в больнице 3–4 дня, во время которой происходит существенное снижение активности мышц. Кроме того, многие операции у пожилых людей (например, холецистэктомия) сопровождаются пребыванием в больнице в среднем 3 дня с периодом выздоровления 6-9 дней или в среднем ~ 10 дней выздоровления и минимальной активностью перед возвращением к нормальной активности. Учитывая, что физическая сила является предиктором смертности от всех причин, стратегии, которые предотвращают снижение или ускоряют восстановление силы скелетных мышц и функциональной массы после периодов бездействия у пожилых людей, имеют решающее значение.

Данные нашей и других лабораторий показали, что снижение способности к передвижению (т. е. уменьшение ежедневных шагов) — модель чрезвычайно распространенного, но, казалось бы, доброкачественного состояния бездействия мышц — приводит к значительной потере скелетных мышц как у молодых, так и у пожилых людей. Исследователи предполагают, что период неиспользования, вызванный ступенчатым сокращением, представляет собой прекрасную модель для изучения динапении и атрофии, вызванных неиспользованием. Было показано, что у пожилых людей снижение активности в течение 2 недель снижает безжировую массу ног на 3,9% и увеличивает жировую ткань туловища на 7,3%. Интересно, что другие исследования продемонстрировали, что пожилые люди теряют такое же количество мышц всего за 10 дней постельного режима, как и молодые люди за 28 дней постельного режима. В течение того же 10-дневного периода наблюдается шокирующая потеря силы нижних конечностей, мощности и аэробных возможностей, а также снижение физической активности. Эти данные показывают, насколько пожилые люди восприимчивы даже к краткосрочным периодам неиспользования. Различные результаты были получены Suetta et al., которые сообщили о снижении объема четырехглавой мышцы бедра на 8,9% и 5,2% в ответ на гипсование ноги в течение 14 дней у молодых (n=9) и пожилых мужчин (n=9) соответственно. . Однако необходимо учитывать, что у пожилых субъектов до иммобилизации (т.е. саркопения) объем мышц был на 11% меньше, поэтому потеря мышечной массы может иметь еще более тяжелые последствия для пожилых субъектов. Что еще более важно, пожилые мужчины показали восстановление только 63% своей мышечной массы и ~ 78% своей силы за 4 недели интенсивных тренировок с отягощениями (что не является стандартной реабилитацией), по сравнению с полным восстановлением у молодых мужчин. У исследователей также есть предварительные данные, которые показывают, что 2-недельное сокращение шагов приводит к значительному снижению силы скелетных мышц у пожилых мужчин.

Одной из потенциальных стратегий для облегчения мышечной атрофии, вызванной бездействием, которая возникает во время отсутствия физической активности, может быть увеличение потребления белка с пищей. Действительно, некоторые исследования показывают, что прием высоких доз аминокислот замедляет скорость атрофии бездействия во время постельного режима. Однако совсем недавно Dirks et al. сообщили, что увеличение потребления белка с 1,1 г/кг/сутки до 1,6 г/кг/сутки с использованием добавки 20 г белка два раза в день не повлияло на атрофию скелетных мышц в течение 5 дней иммобилизации. с помощью полной гипсовой повязки. Было подчеркнуто, что отсутствие согласия между исследованиями связано с различиями в потреблении белка между контрольными группами. Действительно, в исследованиях, которые показали снижение потери мышечной массы во время постельного режима, контрольные группы потребляли белок со скоростью не выше 0,8 г/кг/сут, тогда как в последнем исследовании участники контрольной группы потребляли 1,1 г/кг. /d, и также предполагается, что доза белка, использованная Dirks et al., была субоптимальной, поскольку наша работа показывает, что более высокие дозы белка сывороточного белка требуются пожилым мужчинам для оптимальной стимуляции синтеза белка. Исследователи недавно показали, используя ретроспективный объединенный анализ скорости синтеза мышечного белка, что пожилые мужчины имеют более высокую потребность в белке на один прием пищи для оптимальной стимуляции синтеза белка. Важно отметить, что эта работа также показала, что при достаточно высокой дозе сывороточного протеина (~30 г) у пожилых мужчин скорость синтеза мышечного белка не отличалась от таковой у молодых мужчин. Таким образом, несмотря на то, что прием 30 г добавки два раза в день существенно повышает потребление белка, это потребление все равно будет в пределах допустимого диапазона распределения макронутриентов и подходит для пожилых людей, которые неактивны и гипоэнергичны. Более того, исследование Dirks et al. проводилось в условиях «свободного проживания» в том, что касалось диеты. Исследователи предполагают, что в периоды госпитализации и выздоровления пожилые люди часто испытывают дефицит энергии и недоедают, особенно в отношении потребления белка. Действительно, исследование 102 пациентов больницы показало, что 21% из них потребляли только 50% своих ежедневных потребностей в энергии, и это недостаточное питание было связано с более высокой частотой внутрибольничной и 90-дневной смертности после выписки. Подобные результаты были подтверждены другими отчетами, которые также показывают, что недостаточное питание в значительной степени обусловлено недостаточным потреблением белка. Этот последний момент очень важен для нашего приложения, поскольку во время дефицита энергии до 25% потери массы тела может быть объяснено потерей безжировой массы тела. В совокупности эти данные показывают, что периоды неиспользования мышц часто сопровождаются периодами дефицита энергии у пожилых людей. Эта ситуация также весьма вероятна, например, в зимнее время в северных регионах Канады и США, когда пожилые люди, особенно те, кто живет в домохозяйствах с одним человеком, могут оставаться дома и, таким образом, резко снижать уровень своей активности и меньше вероятно, ходить в торговые точки.

Механистическая основа возрастной потери массы и функции скелетных мышц Потеря массы скелетных мышц подкрепляется дисбалансом между скоростью синтеза мышечного белка (MPS) и скоростью распада мышечного белка (MPB). Известно, что у здоровых людей изменение скорости СМП в ответ на сократительную активность и белковое питание является первичным локусом контроля мышечной массы человека. В связи с этим исследователи недавно показали, что постпрандиальный СМП в ответ на прием белка снижается примерно на ~ 20% после 14-дневного ступенчатого снижения у пожилых мужчин и женщин, и это снижение постпрандиального СМП — так называемая «анаболическая резистентность» — было связано с с потерей около 3,9% безжировой массы ног за 14-дневный период. Таким образом, предполагается, что снижение анаболической чувствительности к приему белка является основной причиной атрофии скелетных мышц у людей. Что касается условий госпитализации, кратковременный дефицит энергии также снижает постпрандиальный СМП у молодых, и у исследователей есть предварительные данные, показывающие, что 14-дневная контролируемая гипоэнергетическая диета также снижает СМП примерно на ~ 9% у мужчин и женщин среднего возраста. Таким образом, представляется, что как снижение способности к передвижению, так и состояние ограничения энергии независимо друг от друга (и, возможно, синергически) оказывают пагубное влияние на СМП в ответ на прием белка, что может объяснить быструю и точечную потерю массы и силы скелетных мышц, которая может происходить с возрастом. . Наша лаборатория опубликовала данные, показывающие, что повышенное потребление молочных продуктов и белка во время диеты и снижения веса, вызванного физическими упражнениями, приводит к увеличению мышечной массы, одновременно способствуя потере жировой массы у женщин с избыточным весом и в пременопаузе. Тем не менее, остается неизвестным, как увеличение потребления белка на основе молочных продуктов во время и в период восстановления после периода комбинированной ограниченной ходьбы и гипоэнергетической диеты влияет на мышечный анаболизм у пожилых мужчин и женщин. Еще одна характерная черта метаболизма белков с возрастом заключается в том, что, хотя нет явных различий в обмене белков между молодыми здоровыми мужчинами и женщинами, пожилые женщины демонстрируют более высокие показатели СМП в покое по сравнению с мужчинами старше 70 лет, но менее чувствительны к анаболическим эффектам белковое питание и физические нагрузки. Следствием этого явления является то, что пожилые женщины могут подвергаться еще большему риску атрофии от бездействия в периоды отсутствия физической активности и неоптимального потребления белка по сравнению с мужчинами.

Многие из вышеупомянутых исследований, в которых оценивались резкие изменения показателей СМП в ответ на потребление белка, делали это путем введения меченого индикатора аминокислоты и расчета включения этого индикатора в скелетные мышцы в течение нескольких часов (более подробное обсуждение см.). Хотя этот подход дает важную информацию, особенно в сочетании с количественными показателями изменений мышечной массы, такой как МРТ, оценка MPS, измеренного с помощью трассирующей инфузии, ограничена ~ 5-6 часами. Более поздние разработки аналитических методов позволили использовать методологию дейтерированной воды, которая позволяет оценивать MPS с гораздо более длительными периодами включения, т. Е. От дней до недель. Действительно, этот метод был недавно подтвержден, и его использование в настоящее время вызывает интерес у многих исследователей. Однако лишь несколько лабораторий продемонстрировали способность компетентно выполнять это измерение. На самом деле исследователи недавно провели два исследования с использованием этой методологии, и полученные значения MPS полностью соответствуют опубликованным отчетам. Предполагается, что использование методологии дейтерированной воды, которая позволяет измерять СМП в условиях свободной жизни и включает в себя все меры диеты и активности, будет значительным шагом вперед в определении механизмов, лежащих в основе потери мышечного белка, опосредованной неиспользованием. Таким образом, исследователи стремятся опираться на эти результаты, используя методологию с дейтерированной водой для изучения того, как увеличение потребления белка с пищей во время и в период восстановления после периода комбинированной ограниченной ходьбы и дефицита энергии влияет на долгосрочные показатели СМП у пожилых мужчин. и женщины.

Молекулярные механизмы, лежащие в основе СМП в ответ на стимуляцию, сложны, многофакторны и остаются в значительной степени неизвестными. Однако известно, что белки, содержащиеся в сигнальной оси Akt-mTORC1-p70S6K1, являются ключевыми. В исследовании, проведенном исследователями с использованием сокращенных шагов, было продемонстрировано снижение фосфорилирования Akt, а также снижение чувствительности к инсулину примерно на 12%. Таким образом, исследователи предлагают изучить, как содержание белков, содержащихся в сигнальной оси Akt-mTORC1-p70S6K1, изменяется во время нашего вмешательства. Исследователи также изучат изменения соотношения ДНК и белка (показатель размера клетки), а также экспрессию мРНК миогенина, MAFBx и MuRF1, некоторые из которых, как было показано, изменяются в ответ на период атрофии бездействия, используя ПЦР в реальном времени. Таким образом, наш молекулярный анализ в сочетании с использованием методологии дейтерированной воды и реальной модели атрофии неиспользования и отрицательного энергетического баланса обеспечивает клинический подход, основанный на механизмах, для изучения влияния повышенного потребления белка на возрастную миопению и динапения.

Исследователи ранее показали, что 14-дневное сокращение количества шагов вызывает снижение постпрандиальной СМП примерно на ~20% у пожилых мужчин и женщин, и это снижение постпрандиальной СМП было связано с потерей около 3,9% обезжиренной массы ног. Было продемонстрировано, что повышенное потребление молочных продуктов и белка во время диеты и снижения веса, вызванного физическими упражнениями, приводит к увеличению мышечной массы, одновременно способствуя потере жировой массы у женщин с избыточным весом и в пременопаузе. Опираясь на эти результаты, исследователи недавно получили пилотные данные, показывающие, что уменьшение количества шагов в течение 14 дней приводит к значительному снижению мышечной силы. Кроме того, он показал снижение постпрандиального СМП на ~18% в ответ на 3 отдельные порции по 25 г сывороточного протеина в течение 11 часов после 14-дневного умеренного ограничения энергии (-300 ккал) у здоровых пожилых мужчин (~65 лет). Кроме того, у исследователей есть предварительные данные, показывающие, что 14 дней гипоэнергетической диеты (-750 ккал/день) вызывают значительное снижение постпрандиальной СМП на 9% у мужчин и женщин с ожирением и избыточной массой тела в возрасте 35-65 лет. Наконец, исследователи только что успешно завершили сложное испытание на людях пожилого возраста (65-75 лет), которые выполнили одно упражнение с отягощениями; высокоинтенсивные интервальные упражнения или традиционные низкоинтенсивные аэробные упражнения, направленные на использование методологии трассировки D2O для непосредственной оценки MPS в течение 24-часового и 48-часового периода. Эти значения MPS полностью согласуются с ранее опубликованными данными.