Waiting
登录处理中...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Улучшение силы, силы, мышечной аэробной способности и толерантности к глюкозе благодаря краткосрочной прогрессивной силовой тренировке среди пожилых людей

Published: July 5, 2017 doi: 10.3791/55518
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1, 1, 1,2, 1, 1
1Åstrand Laboratory of Work Physiology, The Swedish School of Sport and Health Sciences, GIH, 2Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, 3Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet

Summary

Эффект краткосрочной тренировки сопротивления для пожилых людей был исследован путем одновременного использования нескольких методов. По сравнению с контрольной группой наблюдалось много улучшений, в том числе по мышечной аэробной способности, толерантности к глюкозе, силе, мощности и качеству мышц ( т. Е. Белка, участвующего в клеточной передаче сигналов и составе типа мышечного волокна).

Abstract

Этот протокол описывает одновременное использование широкого диапазона методов для изучения мышечной аэробной способности, толерантности к глюкозе, силы и силы у пожилых людей, выполняющих краткосрочную тренировку сопротивления (RET). Наблюдаемое обучение прогрессивному сопротивлению в течение 1 часа три раза в неделю в течение 8 недель проводилось участниками RET (71 ± 1 год, диапазон 65-80). По сравнению с контрольной группой без обучения, RET продемонстрировал улучшения в отношении мер, используемых для указания силы, мощности, толерантности к глюкозе и нескольких параметров мышечной аэробной способности. Силовой тренинг проводился в тренажерном зале с исключительно надежным фитнес-оборудованием. Изокинетический динамометр для прочности разгибателя колена позволил измерить концентрационную, эксцентричную и статическую прочность, которые увеличились для группы RET (8-12% после теста). Мощность (скорость развития силы, RFD) в начальные 0-30 мс также показывала увеличение для группы RET (52%). Тест на толерантность к глюкозе с частотойNt измерения уровня глюкозы в крови показали улучшение только для группы RET с точки зрения значений глюкозы в крови через 2 часа (14%) и площадь под кривой (21%). Липидный профиль крови также улучшился (8%). Из образцов биопсии мышц, полученных с использованием гистохимии, количество волокна типа IIa увеличивалось, а тенденция к уменьшению IIx в группе RET отражала изменение до более окислительного профиля с точки зрения состава волокон. Вестерн-блот (для определения содержания белка, связанного с сигнализацией синтеза мышечного белка) показал увеличение на 69% как у Akt, так и mTOR в группе RET; Это также показало увеличение митохондриальных белков для комплекса OXPHOS II и цитрат-синтазы (как ~ 30%), так и для комплекса IV (90%) только в группе RET. Мы демонстрируем, что этот тип прогрессивной тренировки сопротивления предлагает различные улучшения ( например, сила, сила, аэробная способность, толерантность к глюкозе и профиль липидов в плазме).

Introduction

Старение связано с потерей мышечной массы (саркопения), силой и силой. Сниженная сила и, возможно, еще более важно, сила, приводит к неподвижности, повышенному риску травмы и снижению качества жизни. Сопротивление - это хорошо известная стратегия противодействия саркопении и ухудшению мышечной функции. Грубая оценка мышечной силы может быть получена из нагрузки или количества достигнутых повторений. Однако в этом исследовании была получена более подробная и точная информация о функции мышц с использованием изокинетического динамометра для сбора информации о крутящем моменте при изометрическом, концентрическом и эксцентрическом сжатии, а также о кинетике развития силы.

Аэробная емкость, как на уровне всего тела (VO 2max ), так и в скелетных мышцах, снижается у пожилых людей. Снижение частоты сердечных сокращений с возрастом объясняет значительную часть снижения VO 2max 1 , но уменьшаетОкислительная способность, в основном связанная с уменьшенной физической активностью 2 , вносит свой вклад. Нарушенная митохондриальная функция может также участвовать в развитии саркопении и резистентности к инсулину 3 . Мышечная аэробная способность оценивалась в биопсиях мышц посредством биохимического анализа содержания митохондриальных ферментов и белковых комплексов, расположенных как в матрице ( например, цитратсинтазе), так и в внутренней мембране митохондрий. Кроме того, гистохимические методы были использованы для измерения влияния тренировки сопротивления на морфологию мышц ( т. Е. Состав типа волокна, площадь поперечного сечения волокна и плотность капилляров). Альтернативным методом оценки мышечной аэробной способности было бы использование магнитно-резонансной спектроскопии для измерения скорости ресинтеза креатинфосфата после истощения, вызванного упражнениями 4 . Этот метод обеспечивает оценку in vivo мышечной аэробной емкостиНо не могут различать дисфункцию митохондрий и нарушения кровообращения. Кроме того, высокие затраты на оборудование ограничивают использование этого метода в большинстве лабораторий. Аэробная емкость (VO 2max и плотность митохондрий) может быть улучшена благодаря выносливости у молодых и пожилых людей 5 , 6 . Однако эффект тренировки резистентности по этим параметрам был менее изучен, особенно у пожилых людей, и результаты противоречивы 7 , 8 , 9 , 10 .

Диабет типа 2 является распространенным заболеванием у пожилых людей. Физическая инертность и ожирение являются основными факторами, связанными с образом жизни, объясняющими увеличение заболеваемости диабетом типа 2. Аэробные упражнения с низкой интенсивностью часто рекомендуются пациентам с пониженной толерантностью к глюкозе. Однако это неКак силовые тренировки у пожилых людей влияют на толерантность к глюкозе / чувствительность к инсулину 11 , 12 . Самый точный способ измерения чувствительности к инсулину - использовать метод зажима глюкозы, где уровень глюкозы в крови поддерживается постоянным путем вливания глюкозы в условиях повышенного инсулина 13 . Недостатки этой методики заключаются в том, что она требует много времени и инвазивна (артериальная катетеризация) и требует специальных лабораторных установок. В этом исследовании использовался тест на толерантность к глюкозе, который является общим для медицинских единиц. Этот метод подходит, когда несколько предметов подлежат исследованию в течение ограниченного периода времени.

Тестирование и график экспериментальной процедуры можно резюмировать следующим образом. Используйте три отдельных дня для тестирования до и после восьминедельного периода с одинаковой компоновкой и приблизительными расписаниями (≥24 часа между днями, < Strong> Рисунок 1). В первый испытательный день измерьте: антропометрические данные, такие как высота, масса тела, масса без жира (FFM) и окружность верхней ноги ( т. Е. На 15 см выше верхушечной коленной чашечки в расслабленном положении на спине); Субмаксимальная цикличность; И силы коленного сустава, как описано в шагах 4 и 5. Возьмите биопсию мышц из бедра во второй день испытаний. Дальнейшие описания см. В пункте 6.1. Протестируйте огрузочную толерантность к глюкозе (OGTT) в последний день тестирования. Дальнейшие описания см. В п. 7.1. Попросите всех участников избегать энергичной физической активности в течение 24 часов и быстро переносить ночь перед каждым испытательным днем. Однако попросите их избегать интенсивной физической активности в течение 48 часов до дня тестирования OGTT. Попросите их следовать их обычной повседневной физической активности и привычкам к диете. Обратите внимание, что до и после вмешательства, обе группы, принимающие участие в группах, и виды продуктов питания не изменились.

Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Рисунок 1: Экспериментальный протокол. Принципиальная схема. Время между тремя предварительными и пост-тестами было одинаковым для каждого субъекта и составляло не менее 24 часов. Более подробная информация приведена в тексте. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28 Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Это исследование предназначалось для исследования влияния краткосрочной тренировки резистентности у пожилых людей на мышечную окислительную способность и толерантность к глюкозе. Вторая цель состояла в том, чтобы изучить влияние на качественные улучшения силы, мощности и мышц ( т. Е. Белки, участвующие в клеточной передаче сигналов и составе типа мышечного волокна).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Региональный комитет по этике Стокгольма, Швеция, одобрил проект расследования.

1. Материал

  1. Привлечение относительно здоровых женщин и мужчин в возрасте 65-80 лет, имеющих ИМТ, составляет от 20 до 30 кг · м -2 . Рандомизируйте их на две группы. Убедитесь, что люди в обеих группах имеют относительно низкий уровень физической активности ( т. Е. Умеренная ежедневная физическая активность и регулярная тренировка).
  2. Исключайте пользователей бета-блокаторов и пациентов с болезнью коронарных артерий и тяжелыми неврологическими или совместными проблемами.
  3. Попросите испытуемых получить их письменное согласие, сообщив им о возможном дискомфорте и рисках на тестовых и учебных занятиях.
  4. Баланс тренировки сопротивления (RET) и контроль без групп обучения (CON) с точки зрения возраста, пола и ИМТ. Попросите одну группу выполнить RET под тренером в течение 1 часа три раза в неделю в течение восьми недель; Другая группа будет выполнять функцииLs (CON).

2. Тестирование и обучение

Примечание: восемь упражнений - это стандартные упражнения по силовому упражнению: сидящий нож для ног, сидящий грудной молоток, пресс для сундуков грудной клетки, посадочное место на спине, сидячий плечевой пресс, сидячий гребля, посадочное расширение для ног (расширение колена) и склонность к ногам (сгибание колена) ; См. Рисунок 8 в разделе «Репрезентативные результаты».

  1. Во время первой тренировки оценивайте максимальную силу при одном максимальном повторении (1 RM) для каждого тренировочного упражнения.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Модель 1 RM обычно используется и определяется как нагрузка, при которой объект может поднимать или толкать сопротивление только один раз, но не дважды.
    1. Перед началом попросите участника выполнить небольшую разминку (с несколькими начальными испытаниями при очень малой нагрузке) испытанного упражнения. Впоследствии увеличьте нагрузку до чуть ниже вероятного значения 1 RM (чаще всего максимум 3-4 увеличиваетсяОбъявления). Зарегистрируйте максимальную нагрузку, которую объект может выполнять только один раз (= 1 RM).
    2. Измерьте 1 RM в восьми стандартных тренировочных упражнениях (см. Рисунок 8 в разделе «Репрезентативные результаты»). Попросите испытуемых отдохнуть в течение не менее 2-3 минут между каждым испытанным упражнением.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Во всех учебных учениях использовались силовые тренажеры, в том числе тесты каждого тренировочного упражнения.
  2. Попросите всю группу RET выполнить 1 ч контролируемой тренировки по силе три раза в неделю в течение восьми недель. Попросите участников выполнить после разминки восемь вышеупомянутых стандартных учебных упражнений. Они должны повторять упражнение 12 раз в каждом наборе и выполнять три набора каждого упражнения. Разрешить отдых в течение 1 мин между каждым набором и 2-3 мин между каждым упражнением.
    1. Попросите испытуемых выполнить каждое упражнение как можно быстрее во время концентрической фазы ( т.е. фазы сокращения мышц) и медленно во времяЭксцентрическая фаза ( т.е. фаза удлинения мышц).
      ПРИМЕЧАНИЕ. Субъекты могут выполнять упражнения в любом порядке. Однако попросите их начать и завершить упражнение на ноге, а также попытаться выполнить восемь упражнений в представленном порядке. Используйте силовые тренажеры для всех восьми упражнений.
    2. Во время каждой тренировки попросите участников выполнить три набора в 75-80% от 1 RM для каждого упражнения. Увеличьте нагрузку примерно на 5% после сеанса, когда участник может выполнить 12 повторений во всех трех наборах упражнений.

3. Субмаксимальный велоспорт

Примечание. Выполняйте тест субмаксимального циклирования в тестовый день 1 (см. Введение и рисунок 1 ).

  1. Выполните тест велоэргометра, включая два субмаксимальных уровня, каждый в течение 4 минут 14 , 15 . Установите первую скорость работы (30 Вт), а вторую - на 60-120 Вт, без паузы между нагрузками на велоэргометр.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Первая нагрузка одинакова для всех субъектов, но второй и последний субмаксимальный уровень должен составлять приблизительно 65-85% от максимальной частоты сердечных сокращений для каждого испытуемого. Обе нагрузки должны быть одинаковыми до и после интервала вмешательства 8 недель обучения.
    1. Основой второго уровня нагрузки на экзаменах по ознакомлению, проведенных перед испытаниями, путем выяснения того, насколько физически активен человек, и того, что субъект первоначально начал цикл на короткое время; Контрольный лидер сформирует мнение, основанное на частоте сердечных сокращений субъекта, относительно того, какая конечная субмаксимальная нагрузка является подходящей.
    2. Запишите среднюю постоянную частоту сердечных сокращений (HR) с помощью монитора сердечного ритма через пояс грудной клетки в течение последней минуты при низких и высоких рабочих скоростях, взяв среднее значение наблюдаемого HR в 3:15, 3:30, 3:45 , И 4:00 мин при каждой рабочей скорости.
    3. Используйте эрго-спирометрическое устройство для определения состава газа (O 2 и CO 2 т. Е. CO 2 / O 2 ), и определите средние значения RER в течение последней минуты (из четырех мер каждые 15 с) при обеих нагрузках рабочей нагрузки.

4. Сила растяжения колена: статический, эксцентричный и концентрический пиковый крутящий момент и скорость развития силы

Примечание: выполните измерения прочности колена в день испытания 1 (см. Введение и рисунок 1 ).

  1. Перед записью попросите испытуемого выполнить разминочную обработку на велосипеде в течение 8-10 минут на велоэргометре на уровне субмаксимального уровня (т.е. примерно 65-85% от максимальной частоты сердечных сокращений).
  2. Попросите субъекта сесть на скамью изокинетического динамометра. Закрепите сундук объекта ремнями на плечах и бедрах. Надежно закрепите хвостовик объекта на валу динамометра двумя ремнями: один под коленом, а один - только abovE лодыжки. Совместите ось коленного сустава с центром вращения вала динамометра.
  3. Когда объект защищен, оцените максимальную добровольную силу колена как максимальный крутящий момент, при этом субъект сидит в изокинетическом динамометре. Первоначально разрешить испытуемому выполнить несколько испытаний для ознакомления с оборудованием прочности колена (изокинетический динамометр).
  4. Попросите человека выполнить четыре максимальных добровольных эксцентричных и концентрических расширения колена (поочередно), с правой ногой с постоянной угловой скоростью 30 град / с. Установите диапазон движения между 90 ° и 15 ° (прямой ногой = 0 °).
    1. В эксцентричной задаче попросите испытуемого сопротивляться валу динамометра с максимальным усилием всего движения от угла колена до 15 °. В концентрической задаче попросите испытуемого надавить на нижнюю ногу в вал динамометра на удлинение колена, насколько это возможно, во всем диапазоне движения.
  5. Разрешите 4-минутный отдых после динамических записей. Затем оценивайте статический максимальный произвольный момент сжатия (MVC) четыре раза при 65 ° коленном угле. В каждом статическом испытании попросите испытуемых, сидящих на одном и том же динамометре, как можно быстрее и сильнее ударить по валу динамометра, который теперь фиксируется (при 65 °) и не может быть перемещен.
  6. Для сигналов крутящего момента (силы) преобразуйте аналоговые сигналы крутящего момента в цифровой, используя аналого-цифровой преобразователь, подключенный к изокинетическому динамометру.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Преобразователь автоматически изменяет аналоговые сигналы от динамометра на цифровые сигналы, которые затем автоматически экспортируются на компьютер, на котором собираются данные.
    1. Установите частоту дискретизации на частоте 5 кГц в программе анализа программного обеспечения компьютера. Сохраните цифровые сигналы на компьютере для последующего анализа значения силы с помощью программы анализа программного обеспечения.
  7. В последующем анализе используйтеНаивысшее значение, полученное из четырех испытаний для каждого испытуемого в эксцентрических, концентрических и статических измерениях. В программном обеспечении щелкните самое высокое значение четырех испытаний и запишите значение силы, показанное на экране компьютера.
    1. Зарегистрируйте самый высокий пиковый крутящий момент в эксцентрике и в концентрических записях для каждого предмета и наивысшем значении силы среди четырех статических испытаний.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Изокинетическое динамометрическое испытание прочности разгибателя колена в сидячем положении имеет надлежащую надежность и достоверность 16 , 17 .
  8. Измерьте скорость создания силы (крутящего момента) (RFD) в течение 0-30 мс и 0-200 мс в наивысшем значении, найденном среди статических испытаний. Установите значение нуля на уровне 7.5-Нм для начала сжатия для силы разгибателя колена (время: 0 мс) 18 , 19 . Переместите курсор (в программе для мышцАнализ прочности) до значения «7.5 Нм» на y-шкале, чтобы получить положение для 0 мс.
    1. Для предварительной проверки установите курсор на значение 30 мс (после времени 0 мс). Запишите значение, показывающее повышение в Нм при 30 мс ( т. Е. Увеличение Nm от 7,5 Нм = 0 мс). Сделайте ту же процедуру для значения после теста.
    2. Рассчитайте увеличение процента для значения пост-теста Nm (числитель) по сравнению с предтестовым значением Nm (знаменателем) за период 0-30 мс. Таким образом, предъявите RFD в процентах от предварительного теста до посттеста. Проделайте те же анализы для временного интервала 0-200 мс.

5. Мышечная биопсия

Примечание. Выполняйте биопсию мышц в день испытания 2 (см. Введение и рисунок 1 ).

  1. Возьмите биопсию мышц из средней части бедра мышц бедра, используя conchotome 20 .
    1. Перед биопсией подкожно вводите 1-2 мл местной анестезии и в фасцию. Через пару минут сделайте надрез с маленьким скальпелем через кожу и фасцию, примерно на 1/3 расстояния от коленной чашечки до переднего верхнего подвздошного отдела позвоночника. Извлеките около 100-150 мг мышечной ткани, используя conchotome.
  2. Образцы замораживания для гистохимии в изопентане охлаждают до точки замерзания в жидком азоте и сохраняют при -80 ° C. Храните образец 30-50 мг мышечной ткани.
  3. Быстро заморозить образцы для анализа белка в жидком азоте и хранить их при -80 ° C. Храните образец 30-50 мг мышечной ткани.

6. OGTT

Примечание. Выполняйте OGTT (тест на толерантность к глюкозе в крови) в день испытания 3 (см. Введение и рисунок 1 ). Время между упражнением и OGTT должно превышать 48 часов и должно быть аналогичным между до и после-тестов. 2-часовой устный OGTT используется для исследования того, показывают ли частые образцы крови в это время нормальные или повышенные уровни, указывающие на диабет или преддиабельные состояния.

  1. Выполните тест OGTT утром по предметам, которые постились всю ночь и не делали никаких напряженных упражнений в день тестирования или накануне.
  2. Возьмите образцы крови (4 мл) от участников на спине через венозную канюлю в антекубитальной вене 15 минут до и непосредственно перед введением глюкозы, а затем 15, 30, 60, 90 и 120 минут после приема глюкозы ( 75 г глюкозы в 250 г / л раствора).
  3. Центрифугировать образцы крови при 1500 xg и 4 ° C в течение 10 минут и хранить плазму при -20 ° C для будущего анализа. Используйте образцы для выполнения стандартных тестов уровня глюкозы (шаг 7).
  4. Для глюкозы, инсулина и c-пептида вычислите площадь под кривой (AUC), определив интеграл времени глюкозы над базальным уровнем глюкозы. Использовать результаты OGTTДля расчета чувствительности к инсулину для всего тела с использованием метода Мацуды 21 , согласно уравнению: 10 000 * √ [(базальты глюкозы * базальты инсулина) * ( среднее значение глюкозы * среднее значение инсулина).

7. Анализ образцов крови

  1. Определите концентрацию глюкозы в венозной плазме с помощью автоматизированного анализатора. Установите уровень нарушения глюкозы в крови на уровне глюкозы в крови> 7,8 ммоль / л после 2-часовой OGTT 22 .
  2. Используйте комплекты ELISA 22 для проведения плазменного анализа инсулина и c-пептида. Используйте планшет. Поместите пластины ELISA для инсулина и c-пептида в планшет-ридер (каждый в отдельном случае).
    ПРИМЕЧАНИЕ. Читатель пластины измеряет количество инсулина и количество c-пептида путем измерения образцов на пластине при определенных поглощениях. Липиды крови TG, HDL, аполипопротеин A1 и аполипопротеин B анализировали стандартными методами приКаролинская университетская больница, Стокгольм, Швеция.

8. Анализ образцов мышц

  1. иммуноблоттинг
    1. Во-первых, замораживать сухой образец мышцы в лиофилизаторе при давлении ниже 10 -1 мбар в течение 12 часов. Рассекайте его так, чтобы он был свободен от крови и соединительной ткани, используя иглу и щипцы под световым микроскопом. Хранить при температуре -80 ° C.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Подходящее количество мышц составляет от 1 до 5 мг сухого веса, но протокол можно довести до менее 1 мг, вплоть до отдельных волокон. Из-за небольшого количества мышечной ткани, присутствующей в одной биопсии, значения от этого участника RET не использовались для иммуноблоттинга.
    2. Гомогенизировать образцы мышц (80 мкл / мг), состоящий из 2 мМ 4- (2-гидроксиэтил) -1-пиперазинэтансульфоновой кислоты (HEPES), 1 мМ этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), 5 мМ этиленгликоль-бис (Β-аминоэтиловый эфир) -N, N, N ', N'-тетраацет(EGTA), 10 мМ MgCl 2 , 50 мМ ß-глицерофосфат, 1% TritonX-100, 1 мМ Na 3 VO 4 , 2 мМ дитиотреитола, 20 мкг / мл леупептина, 50 мкг / мл апротинина, 1% ингибитора фосфатазы Коктейль и 40 мкг / мкл PMSF (фенилметилсульфонилфторид).
      1. Поместите совок из 0,5 мм гранул оксида циркония в каждую пробирку с мышцей. Добавить буфер и гомогенизировать в течение 2 х 1 мин на шаге 7-8 (здесь максимум равен 10) и 4 ° С.
    3. Центрифугируют гомогенат в течение 10 мин при 10000 х g. Перенесите оставшийся супернатант в новые трубки и отбросьте осадок, содержащий структурные белки.
    4. Спектрофотометрически определяют концентрацию белка в супернатанте с помощью коммерчески доступного набора с использованием планшетного ридера при 660 нм 23 .
      1. Затем разбавляют образцы с помощью 2-х буфера для образцов Laemmli и гомогенизирующего буфера (1: 1) до конечной концентрации белка 1,5 мкг /# 181; л. Нагреть их до 95 ° С в течение 5 мин для денатурации белков. Храните разбавленные образцы при -20 ° C перед анализом.
    5. Для электрофореза на основе полиакриламидного геля (PAGE) загружайте 30 мкг белка из каждого образца в 18-луночные гранулы-градиенты (4-20% акриламида) и проводите электрофорез при 300 В в течение 30 мин на льду.
    6. Уравновешивают гель в переносном буфере (25 мМ Трис-основание, 192 мМ глицин и 10% метанол) в течение 30 мин при 4 ° С. Перенесите белки в мембраны поливинилиденфторида с размерами пор 0,2 мкм при постоянном токе 300 мА в течение 3 ч при 4 ° С.
    7. Чтобы подтвердить равную загрузку и перенос, окрашивайте мембраны общим пятном белка 24 . Для каждого целевого белка загружать все образцы от каждого субъекта на один и тот же гель и одновременно запускать все гели.
    8. Блокируют мембрану в течение 1 часа при комнатной температуре в трис-буферном солевом растворе (20 мМ Трис-основание, 192 мМ NaCl, TBS, pH 7,6), содержащем5% обезжиренного молока.
    9. Инкубируйте мембраны в течение ночи с первичными антителами (см. Список материалов), разведенными в TBS, содержащем 2,5% обезжиренного молока и дополненным 0,1% Tween-20 (TBS-TM).
    10. После первичной инкубации антител промыть мембраны (2 х 1 мин плюс 3 х 5 мин) с помощью TBS-TM и инкубировать со вторичными антителами (см. Список материалов), конъюгированных с пероксидазой хрена, в течение 1 часа при комнатной температуре. Снова промойте TBS-TM (2 х 1 мин и 3 х 10 мин) и снова подвергайте их четырем дополнительным 5-минутным промывкам с TBS.
    11. Нанесите 6-12 мл хемилюминесцентного субстрата на мембрану в течение 5 мин. Поместите мембрану между двумя прозрачными пластиковыми листами. Поместите мембраны перед камерой CCD, блокирующей внешний свет. Возьмите серийные экспозиции с использованием хемилюминесцентного фильтра камеры.
      1. Используйте программное обеспечение для получения 10 экспозиций в течение 2 минут или до тех пор, пока сигналы не будут насыщены. Используйте стандартную настройку, как для настроек оптического фильтра tO получить хемилюминесценцию, а также настройки объектива.
    12. Используйте самую высокую экспозицию, которая не приводит к насыщению и не помещает контуры полосы. Определите диапазоны как интенсивность x мм 2, используя одно и то же программное обеспечение. Вычтите фоновый шум из интенсивности полосы. Представьте результаты относительно общего содержания белка и выражайте его как процентное изменение по сравнению с исходным уровнем.
  2. гистохимия
    ПРИМЕЧАНИЕ. Ниже приведен метод гистохимии, основанный на методах, описанных в более ранней публикации 25 .
    1. Для гистохимии разрезают серийные сечения (10 мкм) при -20 ° С с использованием криостата. Установите поперечные сечения на стеклянных горках, хранящихся в стеклянной кювете, и высушите на воздухе срезы для биопсии при комнатной температуре.
    2. Подготовьте буферные растворы для каждого уровня рН для предварительной инкубации при рН 4,3, 4,6 и 10,3 для окрашивания АТФазой 26 . Для визуализации капилляров, staВ поперечном сечении с использованием метода амилазы-ПАС 27 .
    3. Откалибруйте pH-метр путем заливки калибровочных растворов в маркированные калибровочные стаканы. Нажмите соответствующую кнопку, чтобы выбрать значение pH из главного меню.
      1. Промойте зонд деионизированной водой и поместите зонд в первый калибровочный стакан. Убедитесь, что в мембране нет пузырьков воздуха. Измерить первое решение для калибровки, а затем представить следующее калибровочное решение (на дисплее будет предложено следующее решение).
      2. Промойте зонд деионизированной водой, а затем поместите его во второй калибровочный стакан. Убедитесь, что в мембране нет пузырьков воздуха. Измерить второй калибровочный раствор и перейти к следующему калибровочному раствору.
      3. Промойте зонд деионизированной водой и поместите его в третий калибровочный стакан. Убедитесь, что в мембране нет пузырьков воздуха. Измерить третий калибровочный раствор.
        ПРИМЕЧАНИЕ. Когда калибровкаХорошо, дисплей на короткое время отобразит «3- й буфер« OK »и затем вернется в главное меню.
    4. Используйте буферы следующим образом для окрашивания ATPase.
      1. Для получения раствора при рН 10,3 используют два разных раствора: (A) 4,506 г глицина, 4,8 г CaCl 2 , 3,51 г NaCl и 600 мл dH 2 O и (B) 2,176 г NaOH и 540 мл DH 2 O. Храните растворы в холодильной или холодильной камере. Используйте их в течение одного месяца.
      2. Для приготовления растворов при рН 4,3 и 4,6 выполняют «предварительную инкубацию кислоты». Подготовьте кислоту для предварительной инкубации, используя: 6,47 г Na-ацетата, 3,7 г KCl и 500 мл dH 2 O. После этого готовьте 1% -ный раствор CaCl 2 , растворяя 2,5 г его в 250 мл dH 2 O. Подготовьте 2 % CoCl 2 путем растворения 5 г его в 250 мл dH 2 O.
      3. Храните и используйте эти решения, как указано выше. Наконец, подготовьте 0,2% сульфида аммонияСмешивая 800 мкл 20% (NH 4 ) 2 S в 40 мл dH 2 O. Подготовьте последний свеже.
    5. Подготовьте растворы при определенных значениях рН следующим образом. После калибровки рН-метра удалите из холодильника кюветы, хлориды кальция и кобальта и дайте им нагреться до комнатной температуры до окрашивания.
      1. Для pH 10.3 добавьте около 25 мл раствора А в маленький (приблизительно 70 мл) стеклянный стакан. Измерьте pH. Продолжайте добавлять раствор B до достижения требуемого рН 10,37. Если окраска слишком темная, увеличьте pH. Если он слишком яркий, уменьшите pH.
      2. Для рН 4,6 добавляют около 25 мл «кислотной предварительной инкубации» в маленький стеклянный стакан. Измерьте pH. Уменьшите pH, используя 5 М уксусную кислоту . Если изображение пятна слишком темное, попробуйте осветлить его с увеличением pH. Если он слишком яркий, темнеет при пониженном рН. Если окрашивание не помогает, попробуйте другой pH: 4.8 instEad 4.6.
      3. Для рН 4,3 делают то же, что и для 4,6, но добавляют больше уксусной кислоты. Уменьшите значение pH, если пятно слишком яркое, и увеличьте значение pH, если слишком темно для определения волокон.
      4. Подготовьте раствор АТФ следующим образом. Взвешивают 0,017 г АТФ на кювету (10 мл), поэтому 0,051 г на 3 кювета или 0,068 г для 4 кювет. Возьмите 30 мл (для 3 кювет, 10 мл / кювету) раствора при рН 10,3 (используйте стекло цилиндра) и положите его в стеклянный стакан со взвешенным АТФ.
        1. Тщательно перемешайте и измерьте pH. Уменьшите pH с помощью концентрированной HCl до тех пор, пока pH не достигнет ровно 9,40.
      5. Для инкубации при различных значениях рН сделайте следующее. Поместите 10,3 раствора в одну кювету и инкубируйте ее на водяной бане при 37 ° С в течение 9 мин. Поместите раствор 4.3 в другую кювету и инкубируйте ее при комнатной температуре в течение 5 мин. Поместите 4.6 раствор в последнюю кювету и инкубируйте при комнатной температуре в течение 1 мин.
      6. После предпочтительного рНИнкубации, применяйте содержимое каждой кюветы следующим образом. Промывают 15 раз с помощью dH 2 O. Добавьте к образцу биопсии раствор АТФ (0,170 г АТФ / 100 мл H 2 O). Инкубировать на водяной бане при 37 ° С в течение 30 мин. Промыть 15 раз с помощью dH 2 O.
      7. Добавьте раствор CaCl 2 (1 г CaCl 2/100 мл H 2 O) к образцу биопсии в кюветах. Инкубируйте при комнатной температуре в течение 3 мин. Промыть 15 раз dH 2 O. Добавить раствор CoCl 2 (2 г CoCl 2/100 мл H 2 O) в образец для биопсии в кюветах. Инкубируйте при комнатной температуре в течение 3 мин. Промыть 15 раз с помощью dH 2 O.
      8. Поместите его в раствор (NH 4 ) 2 S в течение 30 с и быстро промойте 15 раз под вытяжным шкафом. Приклейте кусочки биопсии на стекло. Чтобы избежать пузырей, сжать биопсии, но не слишком сложно.
    6. Выберите одну область поперечного сечения без артефактов или продольных разрезов волокна. Анализ под литомGht с помощью программного обеспечения.
    7. Оцените площадь поперечного сечения (CSA), капилляры и классификацию типа волокна ( например, тип I, IIA или IIX) с помощью компьютерного анализа изображений из среднего по меньшей мере 150-200 волокон на биопсию. Из изображения микроскопа мышечных волокон в поперечном сечении гарантируется, что три типа мышечных волокон ( например, тип I, IIA и IIX) имеют различные оттенки от белого до серого до черного, в зависимости от pH-окрашивания ( т. Е. 4,34, 4,65 и 10,37).
    8. Начните с маркировки некоторых волокон типа I. После этого программа автоматически зарегистрирует другие волокна типа I. Убедитесь, что все волокна типа I отмечены правильно. Чтобы отметить определенное волокно, нажмите кнопку «Вектор». Используйте курсор для измерения площади для каждого индивидуально выбранного мышечного волокна.
    9. После анализа волокон типа I продолжите ту же процедуру для типов IIA и типа IIX. Среднее ± SEM для каждого типа мышечного волокна ( т. Е. Тип I, IIA и IIX) следует рассчитать относительно количества волокна и CSA для групп RET и CON.
      Примечание: площадь поперечного сечения (CSA), капилляры и классификация типа волокна ( например, тип I, IIA и IIx) оценивались по среднему значению 163 ± 9 волокон на биопсию.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

материал

В исследовании участвовали 21 относительно здоровые женщины и мужчины в возрасте 65-80 лет и с показателями ИМТ от 20 до 30 кг · м -2 и были рандомизированы на две группы. Лица в обеих группах имели относительно низкий уровень физической активности ( т. Е. Умеренный уровень повседневной физической активности и отсутствие регулярных тренировок). Одна группа (n = 12, 6 женщин и 6 мужчин) выполняла RET под тренером в течение 1 часа три раза в неделю в течение восьми недель, а другая группа выполняла функции контроля (n = 10, 5 женщин и 5 мужчин). Группы RET и CON были сбалансированы по возрасту, полу и ИМТ ( таблица 1 ). В группу RET было набрано больше предметов, чтобы компенсировать выпадение; Больше ожидалось в группе RET над группой CON.

</ TD> RET (n = 12) CON (n = 9)
до После до После
Возраст (лет) 71,4 ± 1,1 72,0 ± 1,4
BMI 24,6 ± 0,8 24,9 ± 0,8 23,2 ± 0,8 23,2 ± 0,8
Вес (кг) 70,4 ± 2,9 71,1 ± 2,8 67,4 ± 3,9 67,6 ± 3,9
FFM (кг) 51,0 ± 2,3 52,4 ± 2,1 ** 47,6 ± 4,1 48,6 ± 4,3
Поперечное сечение бедраA (см²) 188,9 ± 9 200 ± 8 *** † 155 ± 12 154 ± 11
Площадь поперечного сечения волокна (см²) Тип I 5452 ± 393 5567 ± 362 4889 ± 323 4807 ± 354
Тип IIa 4230 ± 610 # 4484 ± 434 # 4114 ± 535 # 3971 ± 494 #
Тип Iix 3678 ± 634 # 3554 ± 552 # 3392 ± 889 # 2913 ± 427 #

Таблица 1: Характеристики участников. RET, тренировка сопротивления; CON, управление; ИМТ, масса телаех; FFM, без жира. Значения представлены из 12 (RET) и 9 (CON) объектов, за исключением площади поперечного сечения волокна (RET, n = 10; CON, n = 7) и представлены как среднее ± SEM. **, p <0.01 по сравнению с pre; ***, p <0,001 против pre; †, p <0,05 по сравнению с сообщением CON; †††, p <0,001 по сравнению с сообщением CON; #, P <0,05 по сравнению с типом I. Эта таблица была изменена из Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28

Были исключены бета-блокаторы и люди с заболеваниями коронарной артерии и тяжелыми неврологическими или совместными проблемами. На исходном уровне у некоторых пациентов было высокое кровяное давление (по 2 в каждой группе); Депрессия (по 1 в каждой группе); И лекарства для дислипидемии (2 в RET и 1 в CON), гипотиреоз (1 в RET), ранняя стадия болезни Паркинсона (RET). Лекарства принимались спорадически для астмы (1 в RET) и ревматических проблем (1 в CON). У одного человека был ритмR (CON).

Один объект RET прервал тренировку через 6 недель из-за боли в спине, но все еще был включен в исследование. Один первоначальный объект CON был исключен из-за проблем с коленом во время предварительного испытания прочности. Те, у кого была астма и кардиостимулятор, были исключены из цикла испытаний.

Субъекты дали свое письменное согласие после того, как были проинформированы о возможном дискомфорте и рисках на тестовых и учебных занятиях.

Данные представлены как средство ± SEM. Различия между RET и CON были проверены на статистическую значимость с помощью двухсторонних повторных измерений ANOVA с использованием статистической программы. Когда были показаны значительные основные эффекты или взаимодействия, различия были обнаружены с помощью пост-hoc-анализов (Fisher LSD). Статистическая значимость принималась при p <0,05.

рис. 2А ). Динамометр также показал скорость развития силы (RFD) с увеличением на 52% (на начальном 0-30 мс) для группы RET ( рис. 2B ). Для группы CON концентрация концентричности снижалась во время периода вмешательства. Обучающая нагрузка для RET улучшилась на 19-72% для выполненных тренировочных упражнений.

фигура 2
Рисунок 2: Результаты измерения прочности. Эффект сопротивления exТренировка (RET) или контрольный период (CON) на ( A ) статический (STAT), эксцентричный (ECC) и концентрический (CONC) крутящий момент и ( B ) скорость разработки силы (RFD) в течение 0-30 мс и 0- 200 мс статического удлинения колена. Значения относятся к 12 (RET) и 9 (CON) предметам и представлены как процентное изменение по отношению к базальным значениям (среднее ± SEM). *, P <0,05 по сравнению с pre; **, p <0.01 по сравнению с pre; ***, р <0,001 против пред. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28 Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Из образцов биопсии мышц гистохимия указала, что количество волокна типа IIa увеличилось, и наблюдалась тенденция к уменьшению IIx для группы RET. Таким образом, группа RET показала изменение наБолее окислительный профиль с точки зрения состава волокна ( рисунок 3 ). Обратите внимание, что надежные поперечные сечения не могут быть получены из биопсий четырех субъектов (по два от каждой группы), и результаты этих субъектов были исключены.

Рисунок 3
Рисунок 3: Результаты композиции типа мышц. Эффект тренировки сопротивления ( A , RET) или контрольный период ( B , CON). Значения относятся к 10 (RET) и 7 (CON) предметам и представлены как среднее ± SEM. (*), P = 0,068 по сравнению с pre; **, p <0.01 по сравнению с pre; †, p <0,05 по сравнению с сообщением CON. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28 Пожалуйста, cliCk здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Кроме того, анализ Вестерн-блоттинга для определения содержания белка, связанного с сигнализацией синтеза мышечного белка, показал рост 69% как для Akt, так и для mTOR (мишень млекопитающих рапамицина) среди группы RET ( Рисунок 4A и Рисунок 5 ). Анализ Вестерн-блоттинга также показал, что среди митохондриальных белков увеличение примерно на 30% как для комплекса OXPHOS II, так и для цитрат-синтазы и 90% для комплекса IV в группе RET ( рис. 4B и 5 ). Основными используемыми антителами были mTOR, Akt и OXPHOS. В качестве вторичного антитела использовали антикробитный или антимышиный HRP. Полосы белка для комплекса OXPHOS I были явно не видны, и эти данные были отброшены.

Рисунок 4 Рисунок 4: Результаты мышечного белка. Эффект тренировки резистентности (RET) или контрольный период (CON) на изменениях содержания мышц белков Akt и mTOR ( A ) и митохондриальных белков ( B ). Akt, протеинкиназа B; MTOR, мишень млекопитающих рапамицина; CS, цитрат-синтазу. Значения представляют собой средства ± SEM из 11 (RET) и 9 (CON) предметов. *, Р <0,05; **, p <0,01; ***, р <0,001 по сравнению с базальным. †, p <0,05; ††, p <0,01; †††, p <0.001 по сравнению с сообщением CON. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28 Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5 = "/ Files / ftp_upload / 55518 / 55518fig5.jpg" />
Рисунок 5: Вестерн-блот-изображения. Измеренный мышечный белок до и после восьми недель вмешательства. Репрезентативные изображения от одного объекта в группах RET и CON соответственно. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28 Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Только группа RET продемонстрировала повышенную аэробную емкость в тесте цикла (после теста). При наивысшей субмаксимальной интенсивности сердечный ритм (HR) показал сильную тенденцию к снижению RET и повышению в группе CON ( рис. 6A ). Кроме того, RER (коэффициент дыхательного обмена = CO 2 / O 2 ) был значительно снижен только для группы RET (Lass = "xfig"> Рисунок 6B).

Рисунок 6
Рисунок 6: Данные о сердечно-сосудистых заболеваниях. Подготовка до и после тренировки (RET) или контрольный период (CON). ( A ) HR, частота сердечных сокращений и ( B ) RER, коэффициент обмена дыхания при низких (30 Вт) и высоких (60-120 Вт) интенсивности в стационарном режиме. Значения из 11 (RET) и 8 (CON) предметов (два предмета были исключены из-за астмы и использования кардиостимулятора) и представлены как среднее ± SEM. (*) P = 0,056 (RET) и p = 0,068 (CON) против pre; * P <0,05 против пред. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28 Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

S = «jove_content» fo: keep-together.within-page = «1»> Результаты группы RET из теста на толерантность к глюкозе показали улучшенный уровень глюкозы в крови, как по значениям крови через 2 ч (14%), так и по площади под Кривая (21%, рисунок 7A ).

Рисунок 7
Рисунок 7: Плазменная глюкоза во время OGTT. Тест проводился до- (●) и пост- (○) тренировка сопротивления (RET, A ) или контрольный период (CON, B ). AUC глюкозы , площадь под кривой для глюкозы в плазме. Значения относятся к 12 (RET) и 9 (CON) предметам и представлены как среднее значение (глюкоза в плазме) и среднее ± SEM (AUC глюкоза) . * P <0,05 против пред. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28Rce.jove.com/files/ftp_upload/55518/55518fig7large.jpg «target =" _ blank "> Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Липидный профиль крови улучшился для группы RET с уменьшением аполипопротеина B (8%). Для CON было обнаружено увеличение (10%). Кроме того, жировая масса (FFM) увеличилась на 3%, а площадь поперечного сечения бедра (CSA) - на 7% для группы RET ( таблица 1 ). Оцененные улучшения, наблюдаемые после непродолжительного периода прогрессивной силовой тренировки в митохондриальной функции, аэробной способности, толерантности к глюкозе, мышечной силы и мощности, крайне желательны для здоровья у пожилого населения.

Восемь силовых тренировочных упражнений показаны на рисунке 8 . Каждая учебная задача выполнялась 12 раз в каждом из трех наборов на каждой тренировке 3 раза в неделю в течение восьми недель.


Рисунок 8: Восемь учебных упражнений. Упражнения выполнялись при 75-80% от 1 РМ, 12 раз / набор, с тремя наборами упражнений и тренировок. Упражнениями были: «пресс для ног» и «абдоминальные судороги» ( A ), «грудной пресс» и «обратные расширения» ( B ), «плечевой пресс» и «сидячие гребля» ( C ), и «удлинения ног», Ногами »( D ). Здесь показан диапазон движений в силовых тренировках. В сидячем брюшном хрусте сундук должен быть перемещен из вертикального положения на 60 ° вперед сгибание ствола. В сидячем заднем удлинителе багажник из почти вертикально расположенного положения перемещается назад в горизонтальное положение багажного отделения. Как сидячие упражнения, ножные пресса, так и ногаNs, выполнялись с ног в 90 ° сгибания колена и заканчивались непосредственно перед выпрямлением ног (около 0 ° в коленях). Ноги закручиваются (в положении лежа), где делаются от почти выпрямленных ног примерно до 100 ° сгибания колена. И сидячие упражнения, и пресс для грудной клетки, и плечевой пресс, выполнялись от сгибания локтя 90 ° до того, как руки были выпрямлены (около 0 °). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В этом исследовании был использован ряд методов для исследования эффектов краткосрочной прогрессивной тренировки по мышечной функции / морфологии пожилых людей, аэробной способности и толерантности к глюкозе. Основной вывод заключался в том, что по сравнению с контрольной группой было много улучшений в мышечной аэробной способности, толерантности к глюкозе, силе, мощности и качестве мышц ( т. Е. Белке, участвующем в клеточной передаче сигналов и составе мышечных волокон). Увеличение, например, наблюдалось для: статической, эксцентричной и концентрической максимальной силы растяжения колена (8-12%); Тренировочные нагрузки (19-72%), максимальная скорость создания силы (RFD) в начальных 0-30 мс (52%); Несколько митохондриальных белков (30-90%); Белки Akt и mTor, участвующие в синтезе мышечных белков (оба - 69%).

Пожилые люди могут испытывать трудности с устойчивым здоровьем во время такого проекта. Необходимо знать риск различных травм из-за testiИ обучение среди нетренированных пожилых людей. Один человек из группы RET в конце учебного периода имел рецидив прежних проблем со спиной. Тем не менее, никакая травма или дискомфорт, возникающие во время учебного проекта, не оставались в течение длительного времени после окончания расследования среди старых участников. Иногда могут быть внесены изменения в отношении того, когда, сколько и как интенсивно проходить обучение. Что касается режима силовой тренировки, предпочтительно, чтобы тренер регистрировал нагрузку, полученную для каждого тренировочного упражнения, и предмет на каждой тренировочной сессии, чтобы в течение всего периода можно было следить за надлежащей прогрессией. Во время измерения прочности с изокинетическим динамометром важно избегать любых ошибок в процедуре измерения, чтобы пожилые люди не пропустили своих максимальных характеристик во время испытаний. По этой причине важно иметь разминки. Используйте 8-10 минут езды по эргометру на подмаксимальных уровнях перед измерением прочностиС последующими начальными испытаниями в качестве процедуры ознакомления в динамометре для записей прочности колена. Кроме того, рекомендуется записывать четыре записи во время записи каждого типа сокращения мышечной силы; Может быть выбрано максимальное значение. Также очень важно изучить модификацию оценки прочности относительно скорости при достижении мощности испытательного параметра. В частности, увеличение мощности является важным фактором улучшения здоровья пожилых людей. Что касается биопсии, испытуемым предлагается избегать аспирина или других антикоагулянтов до и после биопсии. Что касается определения площади мышечного волокна в двухкратных биопсиях из одной и той же ноги для типа I, типа 2A и типа 2B, то сообщаемые ошибки составляют около 10, 15 и 15%, соответственно 29 . Это необходимо учитывать при оценке такого анализа с помощью биопсии мышц.

Ограничения включают проблемы, связанные с западным bмного; Метод не дает информации о локализации белка и сильно зависит от специфичности и качества антитела (основная проблема). Многоэтапный анализ увеличивает риск ошибок и усугубляет устранение неполадок. Однако есть несколько преимуществ вестерн-блоттинга: он относительно дешев и быстр; Он дает высокий выход данных по отношению к количеству требуемой ткани; Один получает информацию об экспрессии белка и размере белка; И, наконец, коэффициент вариации обычно составляет менее 5%. Период силовой тренировки составлял всего восемь недель, и более поздние последующие меры не проводились с этими пожилыми людьми. Тесты на толерантность к глюкозе, основанные на питьевых растворах глюкозы (OGTT), не считаются подходящими, как если глюкоза вводится непосредственно в кровь. Однако метод, используемый с OGTT, дешевле, проще в управлении и широко используется в клинике. Что касается мер прочности с изокинетическим динамометром, Изучались только мышцы, способствующие усилению разгибания колена, а не другие основные группы мышц тела.

В дополнение к повышению прочности, тренировка сопротивления также улучшала толерантность к глюкозе и мышечную окислительную способность. Было отмечено значительное увеличение учебной нагрузки для каждого выполненного упражнения (19-72%), что свидетельствует о том, что тренировка сопротивления позволила существенно улучшить общую силу. Измерения с изокинетическим динамометром предоставили более подробную информацию о функции разгибателя колена. Крутящий момент при статическом, эксцентричном и концентрическом сжатии увеличился на 8-12%. Кроме того, тренировка сопротивления привела к значительному увеличению (52%) скорости развития силы (RFD) во время начальной фазы сжатия (0-30 мс), тогда как она не изменилась между 0-200 мс. Протокол обучения хорошо переносился и, вопреки нашим ожиданиям, в группе RET не было выбывших из группы.

Результат тренировки сопротивленияD при гипертрофии, измеряемой как увеличение FFM, окружность бедра и площадь поперечного сечения бедра. CSA различных типов мышечных волокон не изменился значительно после RET, но произошел сдвиг в составе типа волокна от типа IIx до типа IIa. Поскольку волокна типа IIa больше, чем волокна типа IIx, это способствовало увеличению мышечной массы. В группе RET это указывает на усиление синтеза белка. Основной молекулярный сигнальный путь синтеза белка включает активацию Akt и mTOR. У пожилых людей меньше белка mTOR в мышце 30 , что может ограничивать синтез белка. Интересным нововведением является увеличение уровней белка mTOR и Akt в группе RET. Наблюдаемое увеличение mTOR здесь может противодействовать любой возможной анаболической устойчивости и способствовать увеличению синтеза белка.

VO 2max или, вернее, VO 2peak , часто оценивается как максимальный VO 2, измеренный во время теста, где скорость работы увеличивается поэтапно до истощения. Однако в пожилых, хрупких субъектах проблематично использовать исчерпывающие физические упражнения. Одна из проблем заключается в том, что не редкость у пожилых людей есть скрытое сердечно-сосудистое заболевание, которое во время исчерпывающего теста на упражнение приводит к повышенному риску сердечного приступа. Другая, более техническая проблема заключается в том, что снижение силы мышц, а не кардиореспираторное ограничение, может ограничивать скорость работы во время дополнительных упражнений. Интерпретация данных в этих условиях будет более сложной. Альтернативный метод, используемый в этом исследовании, заключается в измерении HR и RER при фиксированной скорости работы до и после вмешательства. Результаты показали, что HR, как правило, уменьшался в RET, но увеличивался в группе CON. Это говорит о том, что силовая подготовка улучшает способность VO 2max и выносливости. Эти результаты совпадают с результатами в 9 ,«Xref»> 31, но не все 32 , предыдущие исследования. Кроме того, несколько результатов в этом исследовании показывают, что мышечная аэробная способность улучшается ( т. Е. С изменением состава более оксидативного типа и увеличивается в ряде митохондриальных белков). Хотя хорошо известно, что упражнения на выносливость улучшают мышечную аэробную способность у пожилых людей, исследования силовых тренировок дают более противоречивое представление 8 , 9 , 10 , 33 . Различия в первоначальном статусе обучения и программах обучения могут объяснить разные результаты в разных исследованиях. Настоящие результаты, показывающие устойчивое увеличение количества митохондриальных белков только после восьми недель обучения (предыдущие периоды вмешательства были> 12 недель), показали, что тренировка по сопротивлению может быть эффективной стратегией для улучшения мышечной окислительной способности.

Несмотря на короткое вмешательство, повышенная толерантность к глюкозе наблюдалась в группе RET, о чем свидетельствует снижение уровня глюкозы AUC и GLU 120 мин . Хотя ожирение и физическая инертность являются факторами, связанными с повышенным риском резистентности к инсулину и диабетом типа 2, молекулярные механизмы остаются неясными. Измененная композиция тела с повышенной мышечной массой, вероятно, будет способствовать улучшению толерантности к глюкозе в группе RET. Кроме того, было высказано предположение, что резистентность к инсулину связана с малоподвижным образом жизни, с избыточной подачей липидов, приводящей к липотоксичности, дисфункции митохондрий и окислительному стрессу 3 . Настоящее исследование показывает, что тренировка резистентности приводит к устойчивому увеличению митохондриальных окислительных белков. Мы предполагаем, что повышенная мышечная окислительная способность является одним из факторов, объясняющих повышенную толерантность к глюкозе.

Расследования с более длительными наблюдениямиСпособный показать, сохраняются ли и в течение долгого времени последствия для здоровья с точки зрения повышения аэробной способности мышц, силы, силы, уровня глюкозы и липидов. Кроме того, имеет смысл определить достаточную дозу регулярной силовой тренировки среди пожилых людей. Будущие приложения также являются измерениями прочности в основных группах мышц, кроме экстензоров колена. Можно также сделать несколько других подробных анализов в мышечных клетках относительно различных белков и функций внутри митохондрий и без них.

Важно иметь один день между каждым испытательным днем ​​без активной или продолжительной физической активности, в тот же день или за день до испытаний, поскольку это может повлиять на результаты оценок. Примеры критических этапов гистохимии и окрашивания АТФазой для композиции типа волокна включают в себя обеспечение того, чтобы часть биопсии обрабатывалась изопентаном вскоре после того, как была сделана биопсия, и что изопентан находится в первомT, так что биопсия не будет разрушена. Кроме того, часть биопсии должна быть «растянута или установлена», чтобы волокна указывали в одном направлении перед обработкой изопентаном. Во время окрашивания pH и температура лаборатории должны быть оптимальными (и это трудно предсказать). Однако это единственный способ обеспечить тип волокна и площадь волокна. Кроме того, метод быстрый, показывающий результаты в течение двух дней, и этот метод относительно недорог, без дорогостоящих химических веществ или устройств.

Четкое улучшение мышечной аэробной способности после тренировки силы бросает вызов мнению, что упражнение на выносливость является предпочтительным способом упражнений. Однако у пожилых людей с низким уровнем VO 2max и мышечной силы упражнения на выносливость должны выполняться при низкой интенсивности. Одним из основных стимулов митохондриального биогенеза является напряженность мышц 34 . Силовая подготовкаCes - главный локальный энергетический стресс, тогда как это проявляется менее выраженно при выполнении упражнений с низкой интенсивностью. Мы выдвигаем гипотезу, что у пожилых людей силовые тренировки более эффективны, чем упражнения на выносливость для увеличения мышечной аэробной способности. Кроме того, учитывая улучшение ряда связанных со здоровьем параметров и высокий уровень соблюдения, силовые тренировки могут быть рекомендованы для пожилых людей.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Авторы выражают благодарность Андре Нинкерку, Деннису Пейрону и Себастиану Скельду за контроль за учебными занятиями и несколькими тестами; Участвующим субъектам; Тиму Кроссфилду для пересмотра языка; И экономической поддержке Шведской школы спорта и наук о здоровье.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Western blot
Pierce 660 nm Protein Assay Kit Thermo Scientific, Rockford, IL, USA 22662
SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate  Thermo Scientific 34096
Halt Protease Inhibitor Cocktail (100x) Thermo Scientific 78429
Restore PLUS Western Blot Stripping Buffer Thermo Scientific 46430
Pierce Reversible Protein Stain Kit for PVDF Membranes Thermo Scientific 24585
10 st - 4–20% Criterion TGX Gel, 18 well, 30 µL Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA, USA 567-1094
Immun-Blot PVDF Membrane  Bio-Rad 162-0177
Precision Plus Protein Dual Color Standards  Bio-Rad 161-0374
2x Laemmli Sample Buffer Bio-Rad 161-0737
10x Tris/Glycine Bio-Rad 161-0771
2-Mercaptoethanol Bio-Rad 161-0710
Tween 20 Bio-Rad P1379-250ML
Band analysis with Quantity One version 4.6.3.software Bio-Rad
1% phosphatase inhibitor coctail Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA
Antibodies
mTOR (1:1,000) Cell Signaling, Danvers, Massachusetts, USA 2983
Akt (1:1,000) Cell Signaling, Danvers 9272
Secondary anti-rabbit and anti-mouse HRP-linked (1:10,000) Cell Signaling, Danvers
Citrate synthase (CS) (1:1,000) Gene tex, San Antonio, California, USA
OXPHOS (1:1,000) Abcam, Cambridge, UK
Equipment - Analysis of muscle samples
Bullet Blender 1.5 for homogenizing Next Advance, New York, USA
Plate reader Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland
Histochemistry
Mayer hematoxylin HistoLab, Västra Frölunda, Sweden  1820
Oil Red o Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA 00625-25y
NaCl Sigma-Aldrich 793566-2.5 kg
Cobalt Chloride Sigma-Aldrich 60818-50G
Amylase Sigma-Aldrich A6255-25MG
ATP Sigma-Aldrich A2383-5G
Glycine VWR-chemicals / VWR-international, Spånga, Sweden 101196X
Calcium Chloride VWR-chemicals / VWR-international 22328.262
Iso-pentane VWR-chemicals / VWR-international 24872.298
Etanol 96% VWR-chemicals / VWR-international 20905.296
NaOH MERCK, Stockholm, Sweden 1.06498.1000
Na acetate MERCK 1.06268.1000
KCl MERCK 1.04936.1000
Ammonium Sulphide MERCK U1507042828
Acetic acid 100% MERCK 1.00063.2511
Schiffs´ Reagent MERCK 1.09033.0500
Periodic acid MERCK 1.00524.0025
Chloroform MERCK 1.02445.1000
pH-meter LANGE HACH LANGE GMBH, Dusseldorf, Germany
Light microscope Olympus BH-2, Olympus, Tokyo, Japan
Cryostat  Leica CM1950 Leica Microsystems, Wetzlar, Germany
Leica software Leica Qwin V3 Leica Microsystems
Gel Doc 2000 - Bio-Rad, camera setup Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden 
Software program Quantift One - 4.6 (version 4.6.3; Bio Rad) Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden 
Oral glucos tolerance test, OGTT
Glukos APL 75 g APL, Stockholm, Sweden 323,188
Automated analyser Biosen 5140 EKF Diagnostics, Barleben, Germany
Insulin and C-peptide in plasma kit ELISA Mercodia AB, Uppsala Sweden 10-1132-01, 10-1134-01
Plate reader Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland
Further equipment
Measures of fat-free mass FFM-Tanita T5896, Tanita, Tokyo, Japan
Strength training equipment for all training exercises Cybex International Inc., Medway, Massachusetts, USA 
Cycle ergometer  Monark Ergometer 893E, Monark Exercises, Varberg, Sweden 
Heart rate monitor RS800, Polar Polar Electro OY, Kampele, Finland
Oxycin-Pro - automatic ergo-spirometric device Erich Jaeger GmbH, Hoechberg, Germany
Isokinetic dynamometer, Isomed 2000, knee muscle strength D&R Ferstl GmbH, Henau, Germany
CED 1401 data acquisition system and Signal software Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK
Software for muscle strength analysis, Spike 2, version 7 Signal Hound, LA Center, WA, USA
Statistica software for statistical analyses Statistica, Stat soft. inc, Tulsa, Oklahoma, USA
Muscle biopsy equipment
Weil Blakesley conchotome Wisex, Mölndal, Sweden
Local anesthesia  Carbocain, 20 mL, 20 mg/mL; Astra Zeneca, Södertälje, Sweden 169,367
Surgical Blade Feather Safety Razor CO, LTD, Osaka, Japan  11048030

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Carrick-Ranson, G., et al. The effect of age-related differences in body size and composition on cardiovascular determinants of VO2max. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 68 (5), 608-616 (2013).
  2. Peterson, C. M., Johannsen, D. L., Ravussin, E. Skeletal muscle mitochondria and aging: a review. J. Aging. 2012, 194821 (2012).
  3. Russell, A. P., Foletta, V. C., Snow, R. J., Wadley, G. D. Skeletal muscle mitochondria: a major player in exercise, health and disease. Biochim. Biophys. Acta. 1840 (4), 1276-1284 (2014).
  4. Conley, K. E., Jubrias, S. A., Esselman, P. C. Oxidative capacity and ageing in human muscle. J. Physiol. 526 (Pt 1), 203-210 (2000).
  5. Holloszy, J. O. Adaptation of skeletal muscle to endurance exercise. Med. Sci. Sports. 7 (3), 155-164 (1975).
  6. Menshikova, E. V., Ritov, V. B., Fairfull, L., Ferrell, R. E., Kelley, D. E., Goodpaster, B. H. Effects of exercise on mitochondrial content and function in aging human skeletal muscle. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61 (6), 534-540 (2006).
  7. Balakrishnan, V. S., et al. Resistance training increases muscle mitochondrial biogenesis in patients with chronic kidney disease. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 5 (6), 996-1002 (2010).
  8. Ferrara, C. M., Goldberg, A. P., Ortmeyer, H. K., Ryan, A. S. Effects of aerobic and resistive exercise training on glucose disposal and skeletal muscle metabolism in older men. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61 (5), 480-487 (2006).
  9. Frontera, W. R., Meredith, C. N., O'Reilly, K. P., Evans, W. J. Strength training and determinants of VO2max in older men. J. Appl. Physiol. (1985). 68 (1), 329-333 (1990).
  10. Toth, M. J., Miller, M. S., Ward, K. A., Ades, P. A. Skeletal muscle mitochondrial density, gene expression, and enzyme activities in human heart failure: minimal effects of the disease and resistance training. J. Appl. Physiol. (1985). 112 (11), 1864-1874 (2012).
  11. Zachwieja, J. J., Toffolo, G., Cobelli, C., Bier, D. M., Yarasheski, K. E. Resistance exercise and growth hormone administration in older men: effects on insulin sensitivity and secretion during a stable-label intravenous glucose tolerance test. Metabolism. 45 (2), 254-260 (1996).
  12. Davidson, L. E., et al. Effects of exercise modality on insulin resistance and functional limitation in older adults: a randomized controlled trial. Arch. Intern. Med. 169 (2), 122-131 (2009).
  13. DeFronzo, R. A., Tobin, J. D., Andres, R. Glucose clamp technique: a method for quantifying insulin secretion and resistance. Am. J. Physiol. 237 (3), E214-E223 (1979).
  14. Åstrand, P. O., Ryhming, I. A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during sub-maximal work. J. Appl. Physiol. 7 (2), 218-221 (1954).
  15. Björkman, F., Ekblom-Bak, E., Ekblom, Ö, Ekblom, B. Validity of the revised Ekblom Bak cycle ergometer test in adults. Eur. J. Appl. Physiol. 116 (9), 1627-1638 (2016).
  16. Seger, J. H., Westing, S. H., Hanson, M., Karlson, E., Ekblom, B. A new dynamometer measuring eccentric and eccentric muscle strength in accelerated, decelerated and isokinetic movements: validity and reproducibility. Eur. J. Appl. Physiol. 57 (5), 526-530 (1988).
  17. Westing, S. H., Seger, J. Y., Karlson, E., Ekblom, B. Eccentric and concentric torque-velocity characteristics of the quadriceps femoris in man. Eur. J. Appl. Physiol. 58 (1-2), 100-104 (1988).
  18. Aagaard, P., Simonsen, E. B., Andersen, J. L., Magnusson, P., Dyhre-Poulsen, P. Increased rate of force development and neural drive of human skeletal muscle following resistance training. J. Appl. Physiol. 93 (4), 1318-1326 (2002).
  19. Andersen, L. L., Aagaard, P. Influence of maximal muscle strength and intrinsic muscle contractile properties on contractile rate of force development. Eur. J. Appl. Physiol. 96 (1), 46-52 (2006).
  20. Henriksson, K. G. "Semi-open" muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure. Acta Neurol. Scand. 59 (6), 317-323 (1979).
  21. Matsuda, M., DeFronzo, R. A. Insulin sensitivity indices obtained from oral glucose tolerance testing: comparison with the euglycemic insulin clamp. Diabetes Care. 22 (9), 1462-1470 (1999).
  22. American Diabetes, Association. Diagnosis and classification of diabetes mellitus. Diabetes Care. 28, Suppl 1. S37-S42 (2005).
  23. Moberg, M., Apró, W., Ekblom, B., van Hall, G., Holmberg, H. C., Blomstrand, E. Activation of mTORC1 by leucine is potentiated by branched-chain amino acids and even more so by essential amino acids following resistance exercise. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 310 (11), C874-C884 (2016).
  24. Antharavally, B. S., Carter, B., Bell, P. A., Krishna Mallia,, A, A high-affinity reversible protein stain for Western blots. Anal. Biochem. 329 (2), 276-280 (2004).
  25. Brooke, M. H., Kaiser KK, Muscle fiber types: how many and what kind? Arch. Neurol. 23 (4), 369-379 (1970).
  26. Brooke, M. H., Kaiser, K. K. Three "myosin adenosine triphosphatase" systems: the nature of their pH lability and sulfhydryl dependence. J. Histochem. Cytochem. 18 (9), 670-672 (1970).
  27. Andersen, P. Capillary density in skeletal muscle of man. Acta Physiol. Scand. 95 (2), 203-205 (1975).
  28. Frank, P., Andersson, E., Pontén, M., Ekblom, B., Ekblom, M., Sahlin, K. Strength training improves muscle aerobic capacity and glucose tolerance in elderly. Scand. J. Med. Sci. Sports. 26 (7), 764-773 (2016).
  29. Blomstrand, E., Celsing, F., Fridén, J., Ekblom, B. How to calculate human muscle fibre areas in biopsy samples--methodological considerations. Acta Physiol. Scand. 122 (4), 545-551 (1984).
  30. Cuthbertson, D., et al. Anabolic signaling deficits underlie amino acid resistance of wasting, aging muscle. FASEB J. 19 (3), 422-424 (2005).
  31. Vincent, K. R., Braith, R. W., Feldman, R. A., Kallas, H. E., Lowenthal, D. T. Improved cardiorespiratory endurance following 6 months of resistance exercise in elderly men and women. Arch. Intern. Med. 162 (6), 673-678 (2002).
  32. Cadore, E. L., et al. Effects of strength, endurance, and concurrent training on aerobic power and dynamic neuromuscular economy in elderly men. J. Strength Cond. Res. 25 (3), 758-766 (2011).
  33. Jubrias, S. A., Esselman, P. C., Price, L. B., Cress, M. E., Conley, K. E. Large energetic adaptations of elderly muscle to resistance and endurance training. J. Appl. Physiol. (1985). 90 (5), 1663-1670 (1985).
  34. Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1alpha-mediated regulation of gene expression and metabolism: implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).

Tags

Химия выпуск 125 тренировка тренировка сопротивления прочность митохондрии mTOR аэробная емкость чувствительность к инсулину толерантность к глюкозе.
Улучшение силы, силы, мышечной аэробной способности и толерантности к глюкозе благодаря краткосрочной прогрессивной силовой тренировке среди пожилых людей
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Andersson, E. A., Frank, P.,… More

Andersson, E. A., Frank, P., Pontén, M., Ekblom, B., Ekblom, M., Moberg, M., Sahlin, K. Improving Strength, Power, Muscle Aerobic Capacity, and Glucose Tolerance through Short-term Progressive Strength Training Among Elderly People. J. Vis. Exp. (125), e55518, doi:10.3791/55518 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter