Влияние острого дефицита энергии и аэробных упражнений на качество мышц

Обоснование исследования:

Стратегии по снижению веса, которые используют только ограничение энергии, могут привести к снижению мышечной массы, что также может ухудшить здоровье людей с метаболическими нарушениями, таких как диабетики 2 типа. Масса и функция скелетных мышц являются ключом к поддержанию здорового обмена веществ и качества жизни на протяжении всей жизни. Сочетание физических упражнений и ограничения калорий является мощным средством для снижения массы тела и улучшения обмена веществ и состояния здоровья у здоровых людей, людей с избыточным весом и ожирением. Исследователи ранее показали, что синтез белка в скелетных мышцах снижается при ограничении энергии и что упражнения с отягощениями могут обратить вспять этот негативный эффект. Упражнения аэробного типа также способны стимулировать синтез мышечного белка и улучшать качество мышц за счет увеличения синтеза митохондриального белка. Тем не менее, то, как дефицит энергии, наложенный на аэробные упражнения, модулирует качество скелетных мышц, недостаточно изучено. Кроме того, существующие исследования изучали только смешанный (неспецифический) белковый синтез различных внутриклеточных компартментов, не предоставляя подробностей о том, как регулируется синтез специфических белков.

Этот проект предоставит новые данные для раскрытия механизмов положительного влияния ограничения энергии и сопутствующих аэробных упражнений на качество скелетных мышц.

Аэробные упражнения сами по себе являются хорошо зарекомендовавшим себя вмешательством для увеличения митохондриальной способности и функции скелетных мышц, но влияние на скелетные мышцы ограничения энергии при выполнении аэробных упражнений хорошо не охарактеризовано. Недавние исследования макак-резусов, чья физиология очень похожа на человеческую, показали, что пожизненное ограничение калорий оказывает глубокое положительное влияние на скелетные мышцы. Эти результаты показывают, что ограничение калорийности не только поддерживает сократительную способность мышц, но также восстанавливает возрастное снижение содержания и способности митохондрий скелетных мышц. Однако физическая активность в этом исследовании не контролировалась и оказалась выше в группе с ограничением калорий, что представляет собой важный смешанный фактор. Исследования на людях, посвященные подобным вопросам, до сих пор были менее ясными. Выраженная потеря веса только за счет ограничения энергии (10% от общей массы тела за ~7,5 недель) у женщин с ожирением приводит к снижению содержания митохондрий в мышцах. В отличие от этого, использование более мягкого ограничения на 25% от общей энергии отдельно или в сочетании с физическими упражнениями в течение 6 месяцев у людей с избыточным весом показало повышенную экспрессию генов, кодирующих митохондриальные белки, в обеих группах. Однако, несмотря на эти многообещающие результаты, предполагающие, что потеря веса в сочетании с физическими упражнениями улучшит метаболизм скелетных мышц, в настоящее время нет убедительных данных, подтверждающих использование одновременного ограничения энергии и аэробных упражнений с углубленным анализом их физиологических и молекулярных эффектов. в людях.

Предлагаемое здесь исследование будет включать в себя короткий период строго контролируемых упражнений и диетического питания, чтобы показать, что дефицит энергии при выполнении аэробных упражнений приводит к дополнительным преимуществам адаптации мышечного метаболизма. Текущий проект опирается на предыдущие и недавние результаты исследований исследователя, чтобы непосредственно ответить на этот вопрос. Это исследование показало, что упражнения с отягощениями при 30-процентном ежедневном дефиците энергии восстанавливают снижение синтеза смешанного (неспецифического) миофибриллярного белка, наблюдаемое только при дефиците энергии. Кроме того, исследование исследователя показало, что аэробные упражнения активируют определенные белки в митохондриях скелетных мышц у грызунов; что липидно-капельный профиль скелетных мышц зависит от физических упражнений и питания; что питание модулирует клеточный ответ на аэробные упражнения и, что важно; что аэробные упражнения после кратковременного (~ 14 часов) дефицита энергии могут повышать уровень маркеров митохондриального биогенеза в скелетных мышцах и улучшать метаболический контроль у людей.

Цели и гипотеза:

Основной исследовательский вопрос, связанный с этим исследованием, звучит так: «Каково комбинированное влияние дефицита энергии и аэробных упражнений на качество мышц (скорость синтеза отдельных, саркоплазматических и митохондриальных белков) и динамику внутримышечных липидов в течение пятидневного периода у здоровых людей?» мужчины?

Дальнейшие цели:

1. Определите механизмы, с помощью которых кратковременный дефицит энергии (достигаемый за счет одновременного ограничения энергии и физических упражнений) может регулировать обмен отдельных мышечных белков (синтез, расщепление и изобилие), внутримышечную динамику липидов, метаболиты и содержание мышечного гликогена во время потери веса.
2. Предоставить новые доказательства способности диеты на основе картофеля в качестве эффективного источника питательных веществ способствовать положительной скелетной мускулатуре и метаболической адаптации во время потери веса.

Гипотеза исследования:

Кратковременное ограничение энергии с сопутствующими аэробными упражнениями повысит качество и количество белков скелетных мышц, связанных с емкостью митохондрий, улучшит профиль внутриклеточных капель липидов в скелетных мышцах и модулирует маркеры метаболического здоровья в крови по сравнению с упражнениями без дефицита энергии.

Методы исследования:

Участники сначала пройдут тестирование для определения характеристик (подробно описанное ниже), после чего последует 5-дневная базовая оценка (дни от -5 до -1) и два последовательных 5-дневных периода контролируемых упражнений для повышения окислительной способности (3 дня аэробных упражнений за период, расход энергии 15 ккал/кг FFM/день при беге) и потребление энергии (всего 15 дней, с тестовым сеансом утром 16). Это позволит достичь состояния энергетического баланса (ЭБ; доступность энергии - ЭА - 45 ккал/кг безжировой массы (МЖМ)/день), необходимого для поддержания веса (дни 1-5), с последующим дефицитом энергии (ЭД; ЭД 10). ккал/кг FFM/сутки), необходимые для похудения на 6-10 дни. Этот экспериментальный план, а также потребление и расход энергии повторяют то, что исследователи ранее использовали для успешного определения других физиологических эффектов ЭД на скелетные мышцы. Пять дней ЭБ и ЭА позволят жестко контролировать потребление пищи и будут достаточными для выявления изменений основных исследуемых параметров.

Тестирование характеристик участников будет проводиться примерно за 15 дней до начала базовой оценки, чтобы определить соответствие критериям включения, уровни физической подготовки (максимальное потребление кислорода и лактатный порог [через капиллярные образцы из пальца]) и состав тела. При исходной оценке покоящейся мышцы будет взята биопсия из латеральной широкой мышцы бедра (четырехглавой мышцы) до приема внутрь индикатора оксида дейтерия (D2O) в течение следующих 15 дней, чтобы обеспечить динамическое протеомное профилирование скелетных мышц. В общей сложности на каждого участника будет взято 4 биопсии, что соответствует предыдущему исследованию исследователя. Базовая оценка используется для обогащения D2O для анализа динамического протеомного профилирования и обеспечения соответствия регулярной физической активности людей требованиям исследования. В течение каждого 5-дневного экспериментального периода биопсии мышц (дни -5, 1, 6 и 11), ежедневные образцы слюны (нестимулированные, собранные дома) и регулярные образцы венозной крови (дни -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 и 11) будут собираться для оценки динамического протеомного профилирования, профилирования капель липидов по типу волокон, гликогена и D2O скелетных мышц, а также гормонов и метаболитов крови, связанных с потерей веса. Скорость метаболизма в покое (RMR; оценивается с помощью непрямой калориметрии) и оценка состава тела будут проводиться с использованием двойной рентгеновской абсорбциометрии (DXA) в дни -5, 1, 6 и 11 вмешательства. Анализ биоэлектрического импеданса (BIA) также будет использоваться для оценки состава тела при каждом посещении лаборатории (дни -5, 1, 3, 5, 6, 8, 10 и 11).

Диетические вмешательства и энергетический баланс:

Диета будет соответствовать эталонному ежедневному потреблению питательных веществ, чтобы обеспечить ~ 60, 20 и 20% энергии из углеводов, жиров и белков соответственно. В соответствии с потребностями в финансировании, процент общей энергии из источников на основе картофеля будет составлять >60% во время EB и >65% во время ED. Картофель можно готовить различными способами, которые не добавляют значительного количества энергии, например, варить, готовить в микроволновой печи, запекать и т. д.

Манипуляции с доступностью энергии:

Доступность энергии (EA), которая определяется как потребление энергии за вычетом расхода энергии при выполнении упражнений, нормализованная по массе без жира, используется в качестве ключевого параметра для определения энергетического баланса. Исследователи первыми показали, что значения ниже 30 ккал / кг / FFM могут модулировать реакцию скелетных мышц, что согласуется с другими исследованиями ряда метаболических реакций на EA. Основываясь на этом недавнем исследовании, в котором использовалось 20 ккал / кг FFM / день в течение ~ 14 часов, текущее вмешательство будет вызывать более выраженный дефицит энергии в течение более длительного времени. Среднее потребление энергии за 5 дней для среднего участника весом 85 кг (70 кг FFM) будет составлять 3780 ккал/день для EB и 1330 ккал/день для ED. Это позволит достичь приблизительного кумулятивного дефицита энергии в 12250 ккал за 5-дневный период, что приведет к потере приблизительно ~1,5 кг массы тела за счет чистой ткани, учитывая, что для потери 1 кг чистой ткани необходимо ~7450 ккал. Потеря воды будет составлять дополнительно ~1 кг потери массы тела, что будет следствием уменьшения запасов эндогенных углеводов (гликогена), с которыми связывается вода, а также колебания воды из-за изменений содержания натрия. Гликоген скелетных мышц также является регулятором качественных аспектов мышц и также будет изучаться.

Предметы. Нормальная популяция позволит исследователям определить физиологические реакции на это вмешательство. Десять молодых (18-40 лет) здоровых, регулярно занимающихся спортом мужчин с процентным содержанием жира в организме ~18-26%.

Качество:

Все исследователи, связанные с этим исследованием и обзором протокола исследования, являются сотрудниками (или аспирантами) Исследовательского института спорта и физических упражнений Ливерпульского университета имени Джона Мура (RISES). В 2014 RISES (LJMU) представил 34,75 FTE (эквивалент полной занятости) в Единицу оценки 26 (UoA26) и получил средний балл 3,57. Заняв второе место по среднему баллу в UoA, RISES стал ведущим центром качества научных исследований в области спорта и физических упражнений в Великобритании (4 * - 61% всех видов активности в мире, 3 * - 36% всех видов деятельности на международном уровне). превосходный стандарт). RISES предоставил самый большой объем результатов 4 * (n = 60) в UoA, имел 90% активности воздействия, оцененной как 4 *, и имел 100% окружающей среды, оцененной как 4 *. Важно отметить, что из 1911 заявок во всех 36 UoA RISES заняли 11-е место во всей Великобритании по среднему баллу, полученному на REF2014, что поставило RISES (LJMU) среди Оксфорда, UCL, LSE и Кембриджа в рейтинговые таблицы по этому показателю.