ワールドツアープロ自転車競技者の持久力のメタボロミクス

Metabolomics of Endurance Capacity in World Tour Professional Cyclists.

• Iñigo San-Millán
• Davide Stefanoni
• Janel L Martinez
• Kirk C Hansen
• Angelo D'Alessandro
• Travis Nemkov

抄録

エリートアスリートの研究は、人間の生理学とパフォーマンスの上限を定義するユニークな機会を提供します。様々なスポーツにおいて、エリートアスリートは世界の舞台で競い合うために、身体の生理学的パラメータを最適化するためにトレーニングを行ってきました。持久力を特徴づけるために、心拍数モニタリング、間接熱量測定、全血乳酸測定などの技術により、酸素利用率、基質利用率、嗜好性、総代謝能力などについての洞察が得られています。しかし、これらの手法では、スポーツパフォーマンスに不可欠な個々の代表的な変数を測定することができますが、これらの測定基準に影響を与えるために必要な代謝適応を理解するために必要な分子分解能が不足しています。最近の質量分析ベースの分析アプローチの進歩により、1 回の分析で数百から数千の代謝物を測定できるようになりました。ここでは、目標とするメタボロミクスおよび非目標メタボロミクスのアプローチを用いて、世界ツアー (ツール・ド・フランスを含む) のエリート プロサイクリストの運動に対する全血反応を、段階的な最大生理学的テストの前後で調査しました。このグループのサイクリストは、パフォーマンスの指標である出力の関数として血中乳酸蓄積量が異なることを示したため、我々は乳酸産生に関する代謝プロファイルを比較し、生理的パフォーマンスに関連する適応を特定しました。この身体的にエリートな集団（＝男性 21 人、28.2 ± 4.7 歳）では、サイクリング中の乳酸蓄積率と関連して多くの代謝適応が生じていることが報告されています。代謝物値と乳酸蓄積との相関から、持久力の向上に伴って発生する代謝適応が明らかになった。この集団では、サイクリングにより、トリカルボン酸（TCA）サイクル代謝物およびコエンザイム A 前駆体の増加が誘導された。これらの反応は乳酸蓄積に比例して起こり、ミトコンドリアネットワークの強化とより高い負荷を維持する能力との間に関連があることが示唆された。乳酸蓄積と関連して、運動前後のアミノ酸レベルの変化は、エネルギー産生のための基質の特異的な選好性や、より迅速な回復を促進するための適応を示唆している。また、乳酸蓄積が遅い自転車競技者は、基礎酸化ストレスマーカーのレベルも高く、世界的な競技会での最高の競争力を支える長期的な生理学的適応が示唆されています。

The study of elite athletes provides a unique opportunity to define the upper limits of human physiology and performance. Across a variety of sports, these individuals have trained to optimize the physiological parameters of their bodies in order to compete on the world stage. To characterize endurance capacity, techniques such as heart rate monitoring, indirect calorimetry, and whole blood lactate measurement have provided insight into oxygen utilization, and substrate utilization and preference, as well as total metabolic capacity. However, while these techniques enable the measurement of individual, representative variables critical for sports performance, they lack the molecular resolution that is needed to understand which metabolic adaptations are necessary to influence these metrics. Recent advancements in mass spectrometry-based analytical approaches have enabled the measurement of hundreds to thousands of metabolites in a single analysis. Here we employed targeted and untargeted metabolomics approaches to investigate whole blood responses to exercise in elite World Tour (including Tour de France) professional cyclists before and after a graded maximal physiological test. As cyclists within this group demonstrated varying blood lactate accumulation as a function of power output, which is an indicator of performance, we compared metabolic profiles with respect to lactate production to identify adaptations associated with physiological performance. We report that numerous metabolic adaptations occur within this physically elite population ( = 21 males, 28.2 ± 4.7 years old) in association with the rate of lactate accumulation during cycling. Correlation of metabolite values with lactate accumulation has revealed metabolic adaptations that occur in conjunction with improved endurance capacity. In this population, cycling induced increases in tricarboxylic acid (TCA) cycle metabolites and Coenzyme A precursors. These responses occurred proportionally to lactate accumulation, suggesting a link between enhanced mitochondrial networks and the ability to sustain higher workloads. In association with lactate accumulation, altered levels of amino acids before and after exercise point to adaptations that confer unique substrate preference for energy production or to promote more rapid recovery. Cyclists with slower lactate accumulation also have higher levels of basal oxidative stress markers, suggesting long term physiological adaptations in these individuals that support their premier competitive status in worldwide competitions.

Copyright © 2020 San-Millán, Stefanoni, Martinez, Hansen, D’Alessandro and Nemkov.