Резюме

Към днешна дата няма проучвания, които са установили дали синтезът на скелетните мускулни протеини след упражнения може да бъде модулиран в отговор на хронична консумация на повишен хранителен протеин. Теоретично, увеличеният или висок прием на протеини може да разшири свободния пул от аминокиселини, намалявайки зависимостта от разграждането, за да достави аминокиселините, необходими за синтеза на скелетни мускулни протеини. Понастоящем ключовите въпроси остават до голяма степен неизследвани. Първо, може ли хроничната консумация на различни количества хранителни протеини да увеличи свободния пул от аминокиселини след тренировка? И ако да, консумацията на увеличени количества диетични протеини ще повлияе ли синтеза на скелетни мускулни протеини по време на възстановяването от издръжливост? Целта на настоящото разследване е да установи дали обичайната консумация на различни нива на диетични протеини би променила синтеза на скелетни мускулни протеини след остра аеробна тренировка при спортисти с издръжливост. Ние предположихме, че увеличеният прием на протеини в храната ще разшири свободния аминофонд, като по този начин ще увеличи FSR след упражненията.

Участници.

След одобрение на проекта от Институционалния съвет за преглед в Университета на Кънектикът, петима състезатели по издръжливост на възраст между 22 и 29 години бяха наети от университетската общност и местните здравни/бягащи клубове за участие в проучването. Всеки участник предостави пълна медицинска история, график на обучение и запис на приема на диета. За да бъдат включени в проучването, от участниците се изисква да пробягват минимум 56 км/седмица. Лица, съобщаващи за метаболитни или сърдечно-съдови аномалии, стомашно-чревни разстройства (т.е. непоносимост към лактоза), употреба на хранителни/спортни добавки или анаболни стероиди, или които се смятат за вегани, са изключени от проучването. Получено е писмено съгласие от всички субекти.

Експериментален дизайн.

Това проучване беше кросоувър дизайн и доброволците служеха като техен собствен контрол. След първоначален изходен период на тестване, доброволците бяха разпределени на случаен принцип на диета, съдържаща или 0,8 g протеин (ниско протеин; LP), 1,8 g протеин (умерено протеин; MP) или 3,6 g протеин (високо протеин; HP) на килограм тяло тегло (g · kg −1 · ден -1) за 4 седмици. След 3 седмици от всяка диетична интервенция се оценява 24-часов азотен баланс и окисляване на субстрата. След 4 седмици се определя FSR със смесен мускулен протеин след упражнения. След w2 седмици период на „измиване“, спортистите преминаха и консумираха другите диети и всички измервания бяха повторени.

Предварителни измервания.

Изходните тестове включват оценка на аеробния капацитет (V̇ o 2 пик), антропометрия (височина и тегло), телесен състав (хидростатично претегляне), разход на енергия в покой (REE-индиректна калориметрия), 3-дневни диети и записи на тренировките. Височината и теглото бяха измерени по скала на везна (Health-o-meter, Bridgeview, IL) с точност до 0,5 kg и 0,5 cm, съответно. Процентът телесни мазнини се изчислява чрез хидростатично претегляне и стойностите се изчисляват от телесната плътност според уравненията на Brozek et al. (8). VO o 2 пиково изпитване беше проведено преди началото на проучването и беше определено чрез дишане чрез анализ на дишането на изтичащи газове по време на тестване с помощта на дихателен апарат с отворена верига (MedGraphics CPX/D; Medical Graphics, St. Paul, MN) на бягаща пътека (MedTrack ST55; Quinton, Bothell, WA), съдържащ вентилационен дебитомер, кислороден анализатор и анализатор на въглероден диоксид (15). По-късно участниците бяха помолени да се върнат на бягащата пътека за определяне на подходящи натоварвания за тестване на упражненията по време на проучването. Скоростта е била манипулирана, за да предизвика ~ 70% от изчисления им пик V̇ o 2.

Основни диетични записи.

Тридневни диетични записи са събрани от всички участници в проучването през изходния период, за да се оцени първоначалният прием на хранителни вещества за калории, въглехидрати, протеини и мазнини. Всички диетични записи са анализирани с помощта на Nutritionist Pro Software (Първа банка данни, версия 1.1).

Списания за обучение.

Всички спортисти водеха дневници за обучение, които подробно описваха дневните и седмичните им суми за пробег. По-голямата част от участниците бяха бегачи на дистанция в университета и бяха включени в проучването по време на техния състезателен сезон, като по този начин осигуриха последователни тренировъчни модели между интервенциите в храненето. Тези списания бяха събрани и анализирани в края на всяка диетична интервенция.

Скорост на метаболизма в покой.

REE се оценява на изходно ниво и след това след 3 седмици консумация на всяка съответна диета. REE на изходно ниво е използван за по-точно прогнозиране на калоричните нужди и предоставяне на допълнителна информация, за да се осигури стабилност на теглото и енергиен баланс при тези спортисти. REE, оценена по време на фазите на диетична интервенция при седмица 3 се използва за определяне на ефекта от диетите върху окисляването на субстрата. Двадесет и четиричасови екскретирани стойности на азот бяха използвани заедно с индиректна калориметрия за оценки на окислението на субстрата.

REE се определя чрез индиректна калориметрия, използвайки метаболитна количка (MedGraphics CPX/D; Medical Graphics). На сутринта на тестването на всеки участник беше дадено пътуване с кола до лабораторията, за да се сведе до минимум физическата активност. Всички тестове бяха направени след бързо нощуване и участниците бяха в поне 10-часово постабсорбционно състояние.

Диетични интервенции.

Приемът на протеини се определя на ниво „прием на нисък“, „умерен“ или „висок“ прием на протеин (съответно 0,8, 1,8 или 3,6 g · kg –1 · ден -1). Диетичните интервенции са проектирани така, че процентът от общите калории, допринесени от макронутриентите, е приблизително 60% въглехидрати, 30% мазнини и 10% протеин за LP, 55% въглехидрати, 30% мазнини и 15% протеин за MP, и 40 % въглехидрати, 30% мазнини и 30% протеини за HP диетата. Диетите бяха евкалорични с изоенергичен обмен между протеини и въглехидрати. Преобладаващият източник на протеини при всяко хранене е говеждото месо. Освен това участниците в диетата на HP са получавали две търговски протеинови барове (Protein Plus; Met-Rx, Irvine, CA) на ден, които осигуряват 300 kcal и 32 g протеин (15 g въглехидрати, 8 g мазнини), за да увеличат приема на протеини. до предписаното ниво. Менютата включват списъци за обмен на хранителни продукти, за да отговарят на определената диета за всеки индивид и да осигурят поддържане на телесното тегло.

Участниците бяха хранени в определена трапезария чрез Департамента по обществено хранене в Университета на Кънектикът. Асистенти изследователи присъстваха на всички хранения, за да претеглят и сервират подходящите храни за всеки участник. Участниците не са били ограничени сами по себе си с каквато и да е храна, изядена в повече или по-малко от предписаното при всяко хранене, записано за този участник.

Изотопи.

Основните разтвори на всички стабилни изотопи бяха подготвени и сертифицирани за стерилни и без пироген от Катедрата по лабораторна медицина към здравния център на Университета на Кънектикът (Farmington, CT). Тестваните стабилни изотопи са всички налични в търговската мрежа продукти (Cambridge Isotope Laboratories, Cambridge, MA), които включват [пръстен- 2Н5] фенилаланин. Всички изотопи се разтварят в 0,9% физиологичен разтвор и се вливат с помощта на калибрирана помпа за спринцовки (Razel Scientific Instruments, Stamford, CT). Скоростта на вливане на [2 H5] фенилаланин е 0,05 μmol · kg -1 -1 min -1 (първоначална доза 2,0 μmol/kg). Изотопът се филтрира през 0.2-μm филтър преди инфузия. Протоколите за инфузия бяха изпълнени за постигане на стабилна кинетика както в плазмения, така и в мускулния басейн.

Експериментален протокол.

Участниците не тренираха 24 часа преди протокола за упражненията. Субектите консумирали търговска спортна напитка (Powerade, 45 g въглехидрати) вечер преди всеки протокол за упражнения, за да осигурят адекватни запаси от гликоген. Бегачите се отчитат в лабораторията за човешко представяне между 6:00 и 7:00 ч. Сутринта. в постабсорбционно състояние. Интравенозен катетър беше поставен в антекубитална вена за получаване на фонова кръвна проба и последваща инфузия. След събиране на изходната кръвна проба, започна инициирана непрекъсната инфузия (2 μmol/kg; 0,05 μmol · kg −1 · min -1) [2 H5] фенилаланин (0 min) и се поддържа през целия протокол за упражнения за определяне на FSR след упражнение (фиг. 1). Субектите остават легнали в болнично легло в продължение на 45 минути, като по това време те започват 75-минутна бягаща пътека при 70% V% o 2 пик.

диетични

Фиг. 1.Схема, изобразяваща протокола за инфузия/биопсия. След изходно вземане на кръв за определяне на [2 H5] обогатяване на фона на фенилаланин, се започва инфузия на изотоп. Субектите започнаха 75-минутно бягане на 45 минути. Взети са биопсии на 120 и 300 минути. Вземането на кръв се извършва в редовни часови точки, обозначени със звезди.

След тренировка се поставя допълнителен катетър в контралатерална вена на ръката за вземане на проби от артериализирана кръв, която се извършва на интервали от 15 минути. Поддържа се интравенозно физиологичен разтвор за запазване на линейния патент. Ръката на участника беше покрита с нагревателна подложка и беше нагрята до ∼70 ° C, така че да могат да се получат артериализирани кръвни проби. Предишни изследвания установиха, че артериализираните кръвни проби значително корелират със стойностите на артериалната кръв (11). Впоследствие участниците бяха подготвени при стерилни условия за мускулна биопсия, която беше взета от страничната част на vastus lateralis (~ 20 cm над коляното). Кожата и подкожният слой, заобикалящ зоната, която трябва да се биопсира, се локално анестезира с 1% лидокаин (Elkins-Sinn, Cherry Hill, NJ). Всички биопсии са направени с 5-мм канюли Bergström (Depuy Orthopedics, Варшава, IN) със засмукване. Пробата от тъкан веднага се попива на сухо, отстранява се всяка видима мазнина или съединителна тъкан и се замразява в течен азот. След това пробите се съхраняват при -80 ° С до по-нататъшна обработка. Последващите биопсии са взети от същия крак и е прилаган лек натиск между процедурите.

Кръв.

Кръвните проби, получени от артериализираната вена на ръката за определяне на обогатяването с фенилаланин, веднага се утаяват в епруветки, съдържащи 15% сулфосалициклична киселина, и се разбъркват старателно. Целите кръвни проби се въртяха в центрофуга и супернатантата се замразява при -80 ° C до по-нататъшен анализ. За да се определи обогатяването на белязания фенилаланин в цяла кръв, т-производно на бутилдиметилсилил (BDMS) на фенилаланин е направено съгласно предишни методи, използвани от Phillips et al. (23). Анализ на т-BDMS фенилаланин чрез газова хроматография-масспектрометрия (Hewlett-Packard 5890, серия II) беше извършен с помощта на йонизация с електронен удар и избран йон [съотношение маса към заряд (м/z)] мониторинг на м/z 234, 235, 239 и 240 за м + 0, м + 1, м + 5 и м + 6 йона, съответно. Направени са подходящи корекции за всички спектри, които се припокриват и допринасят за съотношението следи към следи (34).

Мускул.

Представените данни представляват синтез на смесен мускулен протеин и специфични мускулни протеини не са измерени в това проучване. Пробите от мускулна тъкан бяха анализирани както за свързване с протеини, така и за свободно вътреклетъчно обогатяване, както беше описано по-рано (23).

Изчисления.

FSR се изчислява от скоростта на включване на маркера в протеина на скелетната мускулатура и с използването на мускулното вътреклетъчно обогатяване на свободен фенилаланин като предшественик, съгласно следното уравнение (виж Реф.2):

Хранителни анализи-диетични интервенции.

Диетичните записи бяха анализирани за енергията и състава на макроелементите с помощта на Nutritionist Pro Software (Първа банка данни, версия 1.1). Приемът на хранителни вещества се отчита като средна дневна стойност през цялата 4-седмична диетична интервенция.

Плазмени аминокиселини.

Плазмените аминокиселини бяха анализирани на изходно ниво (т = 0) след 4 седмици от диетите чрез дериватизиране с фенилизотиоцианат и HPLC (14).

Статистически анализ.

Доброволците бяха описани чрез обща описателна статистика за измерване на ръст, тегло, възраст, телесен състав и V̇ o 2 пик. Използвано е повторно измерване ANOVA, за да се определи дали са налице различия в различните критерийни мерки на изходно ниво, след упражнения и при възстановяване между LP, MP и HP. Когато бяха забелязани значителни разлики, беше извършен post hoc анализ на Tukey. А-нивото за значимост е определено на P

маса 1. Изходни характеристики на предмета

Стойностите са средни стойности ± SE; н = 5 субекта.

Диетични интервенции.

Таблица 2 обобщава средния прием на хранителни вещества за интервенциите с диетични протеини LP, MP и HP. Разграждането на макронутриентите е 48% въглехидрати, 26% мазнини и 26% протеин за HP, 60% въглехидрати, 26% мазнини и 14% протеин за MP и 66% въглехидрати, 27% мазнини и 7% протеин за LP. Средният прием на протеин в грамове на килограм телесно тегло е бил 0,87, 1,78 и 3,12, а приемът на въглехидрати е съответно 8,3, 7,4 и 5,4 за LP, MP и HP.

Таблица 2. Действителни хранителни количества за LP, MP и HP

Стойностите са средни стойности ± SE. LP, диета с ниско съдържание на протеини; MP, умерено протеинова диета; HP, високо протеинова диета. P ‡ LP,

Окисление на субстрата.

Данните за окисляване на субстрата отразяват диетичното съответствие на субекта. Протеиновото окисление се увеличава с увеличаване на диетичния протеин, като диетичните интервенции се различават значително една от друга (54 ± 7 срещу 25 ± 2 срещу 14 ± 2% за HP, MP и LP съответно, P

Таблица 3. Данни за плазмените аминокиселини на изходно ниво (0 минути)

Стойностите са средни стойности ± SE. Единиците са μM. NEAA, несъществени аминокиселини; EAA, незаменими аминокиселини; BCAA, аминокиселини с разклонена верига.

* Статистически различен в сравнение с LP, P

Фиг. 2.Фракционна синтетична скорост на смесени мускули (FSR) след тренировка и при трите диети. FSR при диетата с високо съдържание на протеини (HP) е значително по-ниска, отколкото при диетите с умерен протеин (MP) и ниско протеини (LP) (*P


Фиг. 3.Плазма (A) и мускулите (Б.) [2 H5] данни за обогатяване на фенилаланин за трите инфузионни протокола (HP, MP и LP).

Няколко проучвания са изследвали способността на обичайния прием на протеин да модулира реакцията на метаболизма на цялото тяло към упражнения за издръжливост. Като цяло не са открити значителни разлики между скоростите на синтез на цялото тяло и разграждане на гладно, когато приемът на протеини варира от 0,9 до 2,5 g · kg −1 · ден -1, преди, по време или след тренировка (7, 9, 13). Единственият последователен отговор е увеличаването на окислението на левцин с по-висок прием на протеин (7, 13).

Въз основа на констатациите от тези проучвания, не изглежда, че приемът на диетични протеини може да повлияе на скоростта на синтеза и разграждането на протеини в цялото тяло на гладно, преди или след тренировка за издръжливост. Важно е обаче да се отбележи, че тези проучвания използват оценки на цялото тяло за използването на протеини, които е малко вероятно да отразяват метаболизма на скелетните мускули (1, 3, 10, 29). Всъщност, настоящото проучване е уникално с това, че е първото разследване, което документира, че вариациите в обичайния прием на протеин могат да повлияят на синтеза на скелетни мускулни протеини по време на възстановяване от упражнения за издръжливост.

Като цяло констатациите от това проучване подкрепят предположението, че скоростта на протеинов синтез отчасти зависи от наличието на свободни аминокиселини (20, 32). Аминокиселините се вземат от свободния аминокиселинен пул, за да се използват за стимулиране на протеиновия синтез. На свой ред са необходими аминокиселини за попълване на този басейн. На гладно тези аминокиселини са достъпни единствено чрез ендогенно разграждане на протеини. Следователно, увеличаването на разграждането на протеините, което е резултат от упражнения, може да се разглежда като необходимо, за да се осигурят свободните аминокиселини, необходими за предизвикване на едновременното увеличаване на синтеза. Обичайното осигуряване на екзогенни аминокиселини може да действа за увеличаване на този свободен аминокиселинен пул, като по този начин позволява синтезът да продължи без съответно увеличаване на разграждането.

Фактът, че FSR е бил значително по-нисък при диетата на HP, е в пряк контраст с нашата първоначална хипотеза. Въз основа на предишни констатации, че острото хранене с протеини непосредствено след резистентност и аеробно обучение стимулира синтеза на протеин в по-голяма степен, отколкото това, отбелязано само при упражнения (4, 5, 20, 22, 24, 28, 30, 31), предположихме, че обичайното консумацията на по-високи протеини би довела до хронично разширяване на пула от свободни аминокиселини, като по този начин ще се постигне по-голяма синтетична реакция след упражнения, дори на гладно. Когато данните за FSR се изследват сами, това не е така. Необходими са допълнителни подробни изследвания, изследващи FBR с повишени нива на диетични протеини, за да се изясни напълно оборотът на скелетните мускули при тези условия.

В обобщение, настоящото разследване предоставя първия изчерпателен анализ на синтеза на протеини на скелетната мускулатура след упражнения в отговор на различна степен на прием на хранителни протеини. Фактът, че обичайните вариации в приема на протеини са свързани с промени в синтеза на скелетни мускули на гладно, подкрепя схващането, че приемът на протеин играе пряка роля в регулирането на метаболизма на скелетните мускули. Тези открития засилват необходимостта от прилагане на дългосрочни, добре контролирани диетични интервенции, които отразяват обичайния прием, за да се характеризират допълнително връзките между приема на протеини, упражненията за издръжливост и оборота на скелетните мускули.

Това проучване беше подкрепено отчасти от Националната асоциация за говедовъдство на говедовъдите и Изследователската фондация на Университета в Кънектикът.

СТЪПКИ

Разходите за публикуване на тази статия бяха покрити отчасти чрез плащането на такси за страница. Следователно статията трябва да бъде маркирана с „реклама”В съответствие с 18 U.S.C. Раздел 1734 единствено, за да посочи този факт.

Ние сме дълбоко задължени на бегачите, които с такова желание и желание участваха в това проучване. Изключително ценим помощта, предоставена от Брайън Бенет, Алекс Сийн, Лора Ханли, Карън Макнийл, Кони Кантор и университетското кетъринг.