Точная высокоинтенсивная тренировка с помощью эпигенетики (PHITE) (PHITE)

Обзор:

Вооруженные силы США полагаются на физическую подготовку для повышения и поддержания боевой готовности. В этом исследовании мы выдвигаем гипотезу о том, что эпигенетическая модификация является основным механизмом, с помощью которого конкретные предписания по тренировкам с физическими упражнениями преобразуют генотип воина в боевой фенотип. Наша цель с этой программой состоит из трех частей. Мы (1) определим методологии обучения, которые изменяют эпигенетические реакции; (2) охарактеризовать эпигенетическую регуляцию физиологических процессов, путей и механизмов, связанных с физическими тренировками средней и высокой интенсивности, и (3) произвести в реальном времени биомаркеры кардиореспираторной и нервно-мышечной деятельности, которые предсказывают результаты физической тренировки. Мы достигнем этих целей с помощью следующих шести исследовательских проектов:

I. Фенотипирование доза-реакция при физической нагрузке

1. Определить влияние интенсивности упражнений на нервно-мышечную и кардиореспираторную деятельность.
2. Оценить влияние исходного предтренировочного фенотипа на острую реакцию и адаптируемость к режимам упражнений различной интенсивности.
3. Определить влияние интенсивности упражнений на механизмы, регулирующие метаболизм мышечных белков, гипертрофию миофибрилл и окислительную способность мышц.

II. Генетические и эпигенетические биомаркеры производительности в режиме реального времени

1. Идентифицируйте микроРНК мышц, которые по-разному экспрессируются в ответ на различную интенсивность упражнений.
2. Идентифицировать циркулирующие микроРНК мышечного происхождения, которые по-разному экспрессируются в ответ на различную интенсивность упражнений.
3. Генотипирование индивидуального спортивного потенциала для оптимизации биомаркеров

IV. Эпигеномные признаки человеческой деятельности

1. Выявление и корреляция вызванных физической нагрузкой изменений метилирования в крови и мышцах
2. Функционально связать изменения в сигнатурах экспрессии генов и физиологических результатов
3. Определить индуцированные ядерным рецептором эпигенетические сигнатуры в метаболически активных тканях

V. Модификации гистонов, вызванные физической нагрузкой, и ремоделирование хроматина

1. Модификация профиля гистонов и сигнатуры использования гистоновых субъединиц
2. Оцените хроматин как платформу интеграции сигналов для долгосрочной стабильности

VI. Интегративная эпигеномика

1. Классифицировать базовую производительность и группировать темы
2. Охарактеризовать эпигенетические изменения в ответ на различную интенсивность упражнений
3. Разработка моделей прогнозирования на основе биомаркеров производительности микроРНК

4. Разработка моделей эпигенетической регуляторной сети с использованием Deep Belief Networks

   UAB будет набирать здоровых, необученных мужчин и женщин, похожих на американских солдат. Они участвуют в тренировочном испытании реакции на дозу упражнений, которое длится примерно 12 недель.

   Есть 2 произвольно выбранных режима упражнений: MOD - 3 дня в неделю на беговой дорожке или стационарном велоэргометре в сочетании с 2 днями в неделю силовыми тренировками; HI - высокоинтенсивные интервальные тренировки 3 дня в неделю, аналогичные военным высокоинтенсивным тактическим тренировкам, в сочетании с высокоинтенсивными тренировками с отягощениями 2 дня в неделю.

   Физическая работоспособность оценивается до тренировки, в середине и после тренировки. Кроме того, состав тела оценивается до и после тренировки. Мышечная биопсия и забор крови выполняются до и после тренировки в период острой реакции на физическую нагрузку, а образцы отправляются в дополнительные исследовательские центры для конкретных оценок.

   Набор персонала:

   Участники набираются через рекламу, утвержденную IRB.

   Информированное согласие:

   Как только человек идентифицирован; соответствует критериям включения/исключения (предварительный отбор); и выражает заинтересованность в исследовании, член исследовательской группы предоставляет человеку форму согласия на ознакомление. Член команды связывается с человеком, чтобы дополнительно объяснить исследование и предоставить возможность потенциальному участнику задать любые вопросы. Если человек решает участвовать, ему/ей назначается первичный визит. Ему/ей рекомендуется задавать любые дополнительные вопросы, прежде чем давать письменное информированное согласие.

   Процедуры участия:

   Режим упражнений MOD - 3 дня в неделю упражнений на выносливость при 70% резерве частоты сердечных сокращений в течение 30 минут на стационарном цикле или беговой дорожке в сочетании с упражнениями с отягощениями в 2 из 3 дней. Тренировка с отягощениями включает 3 подхода по 10-14 повторений для каждого движения с 1-минутным отдыхом между подходами. Движения включают жим ногами или приседания, разгибание колен, жим от груди, жим над головой, тяга сидя, тяга вниз широким хватом, скручивание пресса, подъем пятки, толчок вниз на трицепс, сгибание рук на бицепс. Нагрузки на сопротивление увеличиваются, когда достигается 14 повторений в 2 из 3 подходов. Во время каждой тренировки отслеживается частота сердечных сокращений.

   HI Режим упражнений - 3 дня в неделю интервальных упражнений максимальной интенсивности в сочетании с упражнениями с отягощениями в 2 из 3 дней. Вместо упражнений на выносливость средней интенсивности участники этой группы выполняют 10 высокоинтенсивных интервалов (30 секунд работы, 30 секунд отдыха), включая прыжки на коробку, бёрпи, прыжки с приседаниями, махи гирями, велосипедные спринты, боевые канаты, настенный мяч. , провалы и т.д. Рецепт тренировки с отягощениями включает 3 подхода по 8-10 повторений для тех же движений, что и MOD, но с суперсетами из двух движений. Нагрузки на сопротивление увеличиваются, когда достигается 10 повторений в 2 из 3 подходов. Периоды отдыха между суперсетами составляют 30-45 секунд. Во время каждой тренировки отслеживается частота сердечных сокращений.

   DXA-сканирование — процедура двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DXA) для определения состава тела (мышцы, жир, кости) включает незначительное рентгеновское облучение. DXA будет выполняться на 0-й и 12-й неделях. Эффективная доза облучения сравнима с 4 часами пребывания на солнце.

   Анализ мочи на беременность. Всем женщинам, у которых был хотя бы один менструальный цикл, проводят анализ мочи на беременность при начальной оценке и перед каждым сканированием DEXA. Всем женщинам, у которых был хотя бы один менструальный цикл, задают вопросы, касающиеся их менструального цикла. Поскольку уровни гормонов могут иметь значительное влияние на анализ биопроб, острая тренировка с забором мышц и крови после периода вмешательства будет приурочена к той же фазе менструального цикла, что и предтренировочная острая ответная тренировка.

   Отбор проб мышц. В общей сложности 7 образцов мышц берутся путем чрескожной иглы для биопсии мышц из латеральной широкой мышцы бедра с использованием установленных процедур:

   3, собранные до и после первого приступа острой ответной нагрузки в предтренировочном состоянии (до тренировки, через 3 часа после тренировки, через 24 часа после тренировки); 3, собранные до и после острой реакции на нагрузку в посттренировочном состоянии (до тренировки, через 3 часа после тренировки, через 24 часа после тренировки);

   1, полученный при последующем посещении через 4 недели после завершения периода вмешательства.

   Отбор проб крови. В общей сложности берется 9 проб крови путем венепункции в соответствии с установленными процедурами:

   4, собранные до и после первого приступа острой ответной нагрузки в предтренировочном состоянии (до тренировки, через 15 минут после тренировки, через 3 часа после тренировки, через 24 часа после тренировки); 3, собранные до и после острой ответной нагрузки в посттренировочном состоянии (до тренировки, через 15 мин после тренировки, через 3 ч после тренировки, через 24 ч после тренировки);

   1, полученный при последующем посещении через 4 недели после завершения периода вмешательства.

   Оценка эффективности упражнений - максимальная сила за 1 повторение (1ПМ) при движениях верхней и нижней частей тела, пиковая аэробная мощность (VO2peak) на велоэргометре, тест анаэробной мощности Вингейта, пиковая мышечная сила разгибателей колена с использованием динамометра, управляемого компьютером, и Тест на вертикальный прыжок проводится до и после периода вмешательства. Некоторые тесты производительности также проводятся в середине вмешательства (примерно на 6-й неделе).

   Потребление пищи. Потребление пищи будет контролироваться с использованием подтвержденного 24-часового отзыва на 0-й и 12-й неделях.

   Гарантия качества:

   Сеансы упражнений: Субъекты будут тщательно проинструктированы о надлежащих методах и будут находиться под постоянным наблюдением. Все тренировки выполняются под полным наблюдением опытного, сертифицированного персонала [сертифицированного специалиста по силовой и физической подготовке (Национальная ассоциация по силовой и физической подготовке) и/или сертифицированного специалиста по физическим упражнениям (Американский колледж спортивной медицины)].

   Сбор биопрепаратов. Все биопсии мышц и заборы крови выполняются обученными профессиональными врачами и исследователями, имеющими опыт и местную сертификацию.

   Сканирование DXA: все сканирование DXA выполняется обученными техниками UAB.

   Генетическое тестирование: Генетическое тестирование образцов будет связано с уникальным идентификатором участника, который никоим образом не идентифицирует участника. Ссылки на личную медицинскую информацию надежно хранятся в клиническом центре (UAB).

   Исследование будет проводиться хорошо обученным и опытным персоналом, который будет назначен IRB до начала работы над этим исследованием.

   PI будет нести полную ответственность за данные и мониторинг безопасности: (i) обновление всех документов исследования и их доступность для проверки спонсором, UAB IRB и другими уполномоченными рецензентами; (ii) обеспечение соблюдения соответствующих механизмов защиты безопасности участников исследования; iii) обеспечение соблюдения требований протокола; и (iv) Обеспечение точности, полноты и безопасности данных. Все документы, относящиеся к проведению исследования, будут храниться у PI.

   Несмотря на то, что это испытание не соответствует требованиям Совета по мониторингу данных и безопасности, мы будем следовать упреждающему плану мониторинга данных и безопасности, как описано ниже.

   1. Еженедельные обзоры на собраниях группы следователей/персонала заметок о ходе найма, обновлений/отчетов от учебного центра, лабораторий и персонала по управлению данными, а также новых доступных данных.
   2. Ежеквартальный обзор PI безопасности и промежуточный анализ данных.
   3. Ежегодная проверка, проводимая UAB IRB.
   4. Полугодовой обзор безопасности пациентов исследовательской группой.

   Все несерьезные НЯ будут задокументированы, а сводка будет доставлена ​​в IRB UAB через заранее определенные промежутки времени (не реже одного раза в год). О любых SAE будет сообщено в IRB UAB в течение 3 дней после их обнаружения. Сводные отчеты о НЯ/СНЯ будут доставлены спонсору в соответствии с мандатом. В случае возникновения НЯ (серьезного или несерьезного) PI будет немедленно уведомлен. В зависимости от события, последующее наблюдение может потребовать дополнительных анализов или медицинских процедур по показаниям и/или направления к специалисту. Врачи-исследователи будут принимать такие решения. В зависимости от типа НЯ/СНЯ, ИП могут принять решение об исключении субъекта из исследования. PI будут в конечном итоге нести ответственность за оценку каждого НЯ на предмет его связи с протоколом, серьезности и ожидаемости, любого влияния на соотношение риска и пользы и необходимости внесения изменений в документ об информированном согласии и/или протокол. PI также будут нести ответственность за определение того, следует ли приостановить действие протокола до тех пор, пока не будут внесены удовлетворительные изменения; однако высшая власть в таких случаях будет принадлежать UAB IRB.