急性能量不足和有氧运动对肌肉质量的影响

研究理由：

仅使用能量限制的减肥策略会导致肌肉质量受损，这还会进一步损害患有代谢疾病的个体的健康，例如 2 型糖尿病患者。 骨骼肌质量和功能是在整个生命周期中保持健康新陈代谢和生活质量的关键。 运动和卡路里限制的结合是一种强有力的干预措施，可以减轻健康、超重和肥胖个体的体重并改善新陈代谢和健康状况。 研究人员之前已经表明，骨骼肌蛋白质合成会随着能量限制而减少，而抗阻型运动可以逆转这种负面影响。 有氧运动还具有刺激肌肉蛋白质合成并通过增加线粒体蛋白质合成来改善肌肉质量的能力。 尽管如此，有氧运动之上的能量不足如何调节骨骼肌质量尚不清楚。 此外，现有研究仅研究了不同细胞内区室的混合（非特异性）蛋白质合成，而没有提供有关特定蛋白质的蛋白质合成如何受到调节的详细信息。

该项目将提供新的数据来阐明能量限制和伴随的有氧运动对骨骼肌质量的积极影响背后的机制。

单独的有氧运动是一种公认​​的增加线粒体容量和骨骼肌功能的干预措施，但在进行有氧运动时叠加能量限制对骨骼肌的影响尚未得到很好的表征。 最近对恒河猴的研究结果表明，终生限制热量摄入对骨骼肌有深远的积极影响，恒河猴的生理反应与人类非常相似。 这些发现表明，热量限制不仅可以维持肌肉的收缩含量，还可以挽救与年龄相关的骨骼肌线粒体含量和容量下降。 然而，这项研究中的身体活动没有受到控制，并且在热量限制组中似乎更高，这是一个重要的混杂因素。 迄今为止，对人类解决类似问题的研究还不太清楚。 肥胖女性仅通过能量限制（约 7.5 周体重下降 10%）显着减轻体重，导致肌肉线粒体含量减少。 与此形成鲜明对比的是，在超重个体中单独使用总能量的 25% 的温和限制或结合运动 6 个月显示两组中编码线粒体蛋白的基因表达增加。 然而，尽管这些有希望的发现表明减肥与运动相结合会增强骨骼肌的新陈代谢，但目前还没有强有力的数据支持同时进行能量限制和有氧运动，并深入分析其生理和分子效应在人类中。

本文拟议的研究将包括短期严格控制的运动和饮食摄入，以表明进行有氧运动时的能量不足会进一步有益于肌肉代谢适应。 当前的项目建立在研究人员之前和最近的研究结果的基础上，以直接解决这个问题。 这项研究表明，在每日能量不足 30% 期间进行抗阻运动可以挽救仅在能量不足时观察到的混合（非特异性）肌原纤维蛋白合成的减少。 此外，研究人员的研究表明，有氧运动会上调啮齿类动物骨骼肌线粒体中的特定蛋白质；骨骼肌脂滴分布对运动和营养有反应；营养调节细胞对有氧运动的反应，而且重要的是；短期（约 14 小时）能量不足后的有氧运动可以上调骨骼肌中线粒体生物发生的标志物，并改善人体的代谢控制。

目标和假设：

与这项研究相关的主要研究问题是：“能量不足和有氧运动训练对肌肉质量（个体、肌浆和线粒体蛋白质的合成率）和肌肉内脂质动态的综合影响是什么？在健康的五天内男性？

进一步的目标：

1. 确定短期能量不足（通过伴随的能量限制和运动实现）调节个体肌肉蛋白质周转（合成、分解和丰度）、肌肉内脂质动力学、代谢物和肌肉糖原含量在减肥期间的机制。
2. 为以马铃薯为基础的饮食作为有效营养来源的能力提供新的证据，以在减肥期间促进积极的骨骼肌和代谢适应。

研究假设：

与没有能量不足的运动相比，伴随有氧运动的短期能量限制将增加与线粒体容量相关的骨骼肌蛋白质的质量和数量，改善骨骼肌细胞内脂滴分布并调节代谢健康的血源性标志物。

学习方法：

参与者将首先进行表征测试（详见下文），然后进行为期 5 天的基线评估（第 -5 天至 -1 天）和连续两次为期 5 天的控制运动以增加氧化能力（每期 3 天有氧运动， 15 kcal/kg FFM/day energy expenditure running) and energy intake (总共15天，16日早上测试)。 这将达到能量平衡状态（EB；能量可用性 - EA - 45 kcal/kg 去脂质量 (FFM)/天），这是维持体重（第 1 - 5 天）所必需的，随后是能量不足（ED；EA 10） kcal/kg FFM/天），第 6 - 10 天减重所需。 这个实验设计，以及能量摄入和消耗，复制了研究人员之前用来成功确定 ED 对骨骼肌的其他生理影响的内容。 五天的 EB 和 EA 将允许严格控制饮食摄入量，并且足以检测正在研究的主要参数的变化。

参与者特征测试将在基线评估开始前约 15 天进行，以确定是否符合纳入标准、健康水平（最大耗氧量和乳酸阈值 [通过指尖毛细血管样本]）和身体成分。 在基线评估时，将从股外侧肌（股四头肌）进行活组织检查，然后在接下来的 15 天内摄入示踪剂氧化氘 (D2O)，以便对骨骼肌进行动态蛋白质组学分析。 每个参与者将总共进行 4 次活检，这与研究者之前的研究一致。 基线评估用于富集 D2O 以进行动态蛋白质组学分析，并确保个人的定期体育活动符合研究要求。 在每个 5 天的实验期间，肌肉活检（第 -5、1、6 和 11 天）、每日唾液样本（未刺激，在家收集）和常规静脉血样本（第 -5、1、3、5、 6、8、10 和 11) 将被收集用于评估动态蛋白质组学分析、纤维类型特异性脂滴分析、骨骼肌糖原和 D2O，以及与减肥相关的血源性激素和代谢物。 静息代谢率（RMR；通过间接量热法评估）和身体成分评估将在干预的第 -5、1、6 和 11 天使用双重 X 射线吸收测定法 (DXA) 扫描进行。 生物电阻抗分析 (BIA) 也将用于评估每次实验室访问时的身体成分（第 -5、1、3、5、6、8、10 和 11 天）。

饮食干预和能量平衡：

饮食将遵循参考的每日营养摄入量，分别从碳水化合物、脂肪和蛋白质中提供约 60%、20% 和 20% 的能量。 根据资金要求，马铃薯来源的总能量百分比在 EB 期间将 > 60%，在 ED 期间 > 65%。 马铃薯将以各种不会增加大量能量的不同方式烹调，例如煮、微波、烘烤等。

能源可用性操纵：

能量可用性 (EA) 被定义为能量摄入减去运动能量消耗 - 归一化为无脂肪质量 - 被用作确定能量平衡的关键参数。 研究人员率先证明低于 30 kcal/kg/FFM 的值可以调节骨骼肌反应，这与其他关于 EA 的一系列代谢反应的研究一致。 根据这项最近的研究，该研究使用 20 kcal/kg FFM/天，持续约 14 小时，目前的干预将导致更明显的能量不足，持续时间更长。 平均 85 公斤（70 公斤 FFM）参与者在 5 天内的平均能量摄入量对于 EB 为 3780 kcal/天，ED 为 1330 kcal/天。 这将在 5 天内实现大约 12250 kcal 的累积能量赤字，导致净组织体重损失约 ~ 1.5 kg，因为失去 1 kg 净组织需要 ~ 7450 kcal。 失水将导致额外约 1 公斤的体重减轻，这将是内源性碳水化合物（糖原）储存减少的结果，水与之结合，以及钠变化引起的水波动。 骨骼肌糖原也是肌肉质量方面的调节剂，也将被研究。

主题。 正常人群将使研究人员能够确定对这种干预的生理反应。 十名年轻（18-40 岁）身体脂肪百分比约为 18-26% 的健康、经常锻炼的男性。

质量：

与这项研究相关并与研究方案审查相关的研究人员都是利物浦约翰摩尔斯大学运动与运动科学研究所 (RISES) 的工作人员（或博士生）。 在 2014 年 RISES (LJMU) 中，向 Unit of Assessment 26 (UoA26) 提交了 34.75 FTE（相当于全日制），并获得了 3.57 的 GPA（平均绩点）。 RISES 在 UoA 的 GPA 上排名第二，成为英国领先的体育和运动科学研究质量中心（4* - 61% 的所有活动世界领先，3* - 36% 的所有活动国际优秀标准）。 RISES 在 UoA 中提交了最大数量的 4* 产出 (n=60)，90% 的影响活动被评为 4*，100% 的环境被评为 4*。 重要的是，在所有 36 个 UoA 的 RISES 的 1,911 份提交中，在 REF2014 上取得的 GPA 在整个英国排名第 11 位，使 RISES (LJMU) 在牛津、伦敦大学学院、伦敦政治经济学院和剑桥的这一指标的排行榜中名列前茅。