Может ли дополнительный лейцин компенсировать вызванную бездействием мышечную атрофию? (LEU-DIMA)

Хорошо известно, что масса скелетных мышц прогрессивно снижается при здоровом старении, явление, обычно называемое саркопенией. Со временем это приводит к потере функциональной независимости и повышает риск развития сопутствующей патологии. Недавние оценки показывают, что 30% людей в возрасте 75-84 лет страдают саркопенией. Поскольку население в возрасте 85 лет и старше быстро увеличивается, саркопения ложится значительным социально-экономическим бременем на службы здравоохранения. С физиологической точки зрения поддержание мышечной массы зависит от тонкого баланса между скоростью синтеза мышечного белка (MPS) и скоростью распада (MPB). В пожилом возрасте реакция СМП на питание нарушается (так называемая «анаболическая резистентность»), в результате чего мышцы остаются в хроническом катаболическом состоянии, что в конечном итоге способствует прогрессированию саркопении.

Связанная с возрастом мышечная анаболическая резистентность может быть связана с накоплением периодов бездействия/неиспользования, которые тесно связаны со снижением мышечной массы (атрофией) как у молодых, так и у пожилых людей. На самом деле, связанная с этим потеря мышечной массы является наиболее быстрой в начале неиспользования мышц, при этом значительное снижение мышечной массы происходит уже через 5 дней бездействия. Это имеет особое значение, поскольку средняя продолжительность госпитализации у лиц пожилого возраста составляет 5-6 дней. Декондиционирование мышц, вызванное бездействием, объясняется снижением СМП в ответ на питание и потенциально повышенным СМП. Следовательно, накопление этих периодов неиспользования в течение жизни может привести к ускорению траектории саркопении, которая обычно наблюдается с возрастом. Следовательно, стратегии питания, направленные на максимизацию здорового старения опорно-двигательного аппарата, должны быть направлены на облегчение нарушения регуляции мышечного метаболизма во время кратковременного бездействия.

Одним из подходов к противодействию износу мышц во время кратковременного простоя является увеличение потребления белка с пищей. На самом деле адекватное потребление белка необходимо для того, чтобы мышцы оставались в положительном чистом белковом балансе, при этом важность этого пищевого вмешательства возрастает в периоды неиспользования. Однако этот подход не всегда осуществим, поскольку уровни активности более ограничены в периоды неиспользования, и поэтому люди с меньшей вероятностью потребляют достаточное количество питательных веществ. Более целесообразным подходом может быть усиление анаболической активности субоптимальных доз белка за счет добавления аминокислоты лейцина. Лейцин уникален своей способностью повышать белковый баланс в большей степени, чем любая другая аминокислота, посредством стимуляции СМП и подавления СМП. Лейцин оказывает сильное антикатаболическое действие при иммобилизации задних конечностей у крыс, что еще предстоит изучить на людях. Таким образом, ясно, что лейцин представляет собой жизнеспособную стратегию для компенсации нарушения регуляции СМП и СМП и сохранения здоровья опорно-двигательного аппарата во время кратковременного неиспользования как у молодых, так и у пожилых людей, и, таким образом, требует дальнейшего изучения.

Участники:

Для участия в исследовании будут набраны 24 здоровых мужчины (без ожирения, диабета, некурящих) в возрасте 18-35 лет. Текущее исследование будет плацебо-контролируемым двойным слепым исследованием с двумя группами вмешательства, в котором участники будут случайным образом распределены для получения дополнительного лейцина (НОУ; n = 12) или плацебо (ФЛА; n = 12) в течение 7 дней одностороннего иммобилизация ног. Участники будут активными, но атлетически неподготовленными (т.е. упражнения ≤3 раза в неделю). Все процедуры исследования будут четко объяснены, и участники предоставят письменное информированное согласие до получения исходных показателей.

Регистрация:

Участники будут приглашены в Школу спорта, физических упражнений и реабилитации Бирмингемского университета. По прибытии исследователь, участвующий в исследовании, объяснит участнику план исследования и вмешательства. Участникам будет предоставлена ​​возможность задать любые вопросы, связанные с исследованием, и им будет предоставлено время, чтобы решить, принимать ли участие или нет. Если участник согласен принять участие, его попросят подписать форму согласия и заполнить анкету о состоянии здоровья. Когда участник ушел, он будет случайным образом распределен в группу лейцина или плацебо. Участникам будет предложено заполнить трехдневный дневник диеты, чтобы оценить привычное потребление пищи.

Предварительные оценки:

После объяснения сути исследования и получения информированного согласия участники явятся в лабораторию в 08:00-09:00, проголодавшись в течение 10 часов и воздерживаясь от энергичных упражнений и употребления алкоголя в течение 24 часов до этого. Исходная мышечная функция участников будет получена путем измерения максимальной изометрической и изокинетической силы мышц-разгибателей и сгибателей колена с использованием изокинетического динамометра. После силовых испытаний исследователи предоставят людям трехдневный дневник диеты и монитор активности. Через три дня после базовых показателей силы участники снова явятся в лабораторию в 08:00-09:00 после 10-часового ночного голодания. Участники будут взвешены на цифровых весах с точностью до 0,1 кг в легкой одежде. Будет проведена двойная рентгеновская абсорбциометрия (DXA) и ультразвуковое сканирование для определения состава бедра (жировой и безжировой массы).

Иммобилизация:

В 08:00-09:00 утра после предварительных оценок участники будут проходить 7-дневную одностороннюю иммобилизацию ног. Одна нога будет выбрана случайным образом (уравновешенная левая/правая) и помещена в коленный бандаж на всю ногу. Участники будут передвигаться с помощью костылей и выполнять ежедневные упражнения для лодыжек, чтобы свести к минимуму риск тромбоза глубоких вен по показаниям квалифицированного физиотерапевта. Участникам также будет разрешено снимать наколенник во время ночного сна. Обученный физиотерапевт проинструктирует участника о безопасном использовании костылей (например, подъеме по лестнице). Во время каждого основного приема пищи в период иммобилизации участники будут потреблять 5 г порошкообразной добавки LEU или PLA с 250-300 мл воды, что находится в безопасных пределах. Потребление пищи будет контролироваться в течение всего периода иммобилизации в соответствии с общим потреблением калорий (полученным из стандартизированных уравнений) с составом макронутриентов: 55% углеводов, 30% жиров и 15% белков. Общее количество потребляемого белка будет равняться 1,0 г/кг/день. Уровень активности участников будет контролироваться в течение 7 дней с помощью наручного монитора активности.

Экспериментальные испытания:

Утром, знаменующим окончание 7-дневного периода иммобилизации, участники явятся в лабораторию в 06:00-07:00 после ночного голодания. УЗИ и ДРА будут повторяться, сразу после чего катетер будет вставлен в вену предплечья обеих рук для i) частого забора крови на -150, -90, 0, 20, 40, 60, 80, 120, 180, 240 минут экспериментального испытания (всего около 100 мл) и ii) непрерывное введение стабильного изотопного индикатора аминокислоты (L-[кольцо] 13C6 фенилаланин). Участники будут оставаться в лежачем положении на протяжении всего испытания. После 150 минут инфузии под местной анестезией будет взята биопсия четырехглавой мышцы иммобилизованной и неиммобилизованной ноги. Затем участники выпивают 20-граммовый молочный протеиновый напиток. Дальнейшие биопсии будут получены из обеих ног после 270-минутной и 390-минутной инфузии. Таким образом, во время исследования будет получено в общей сложности 6 инвазивных биопсий мышц (по 3 с каждой ноги), причем каждая биопсия будет получена из отдельного разреза, расположенного на расстоянии ~3 см друг от друга. Этот двухэтапный план инфузии стабильных изотопов позволяет эффективно оценивать СМП при переходе от постабсорбтивного (0–120 мин) к постпрандиальному состоянию (120–240 мин). Сила ног будет повторно оцениваться через день после введения стабильного изотопа в 08:00-09:00 после 10-часового голодания, чтобы избежать какого-либо влияния предшествующего сокращения на метаболизм мышечного белка.

Анализ данных:

Чтобы рассчитать синтез миофибриллярного и митохондриального белка, исследователи будут применять типичные сложные методы масс-спектрометрии для определения обогащения изотопными индикаторами мышечных белков и плазмы, выделенных при биопсии. Внутримышечные «анаболические сигналы» (в пути mTORC1) и «катаболические» сигналы будут определяться с помощью вестерн-блоттинга и анализа q-rtPCR. Респирометрия с высоким разрешением также будет использоваться для оценки митохондриальной функции изолированной биопсией ткани скелетных мышц как в контрольных, так и в иммобилизованных конечностях.