Artículo de método

Inducción y evaluación de daños de esfuerzo del músculo esquelético en seres humanos

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DOI:

10.3791/54859

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11 de diciembre de 2016

 ,  , 
1Exercise Sciences, Brigham Young University

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este artículo describe un método seguro y confiable para inducir y cuantificar el daño muscular esquelético por esfuerzo en sujetos humanos.

Resumen

el daño del músculo de contracción inducida por medio de contracciones voluntarias excéntricos (alargamiento) ofrece un excelente modelo para el estudio de la adaptación muscular y la recuperación en los seres humanos. En este documento se discute el diseño de un protocolo de ejercicio excéntrico para inducir daño en los músculos cuádriceps, marcados por los cambios en la fuerza, el dolor, y los niveles plasmáticos de creatina quinasa. Este método es sencillo, ético y ampliamente aplicable, ya que se lleva a cabo en los participantes humanos y elimina la traducción entre especies de los resultados. Los sujetos realizan 300 contracciones excéntricas máximas de los músculos extensores de la rodilla a una velocidad de 120 ° / seg en un dinamómetro isocinético. La magnitud de los daños se puede medir usando medidas isocinéticos e isométricas relativamente no invasivos de la pérdida de fuerza, dolor, y los niveles de creatina quinasa en plasma durante varios días tras el ejercicio. Por lo tanto, su aplicación puede ser dirigido a poblaciones específicas en un intento de identificar los mecanismos para el músculola adaptación y la regeneración.

Introducción

El objetivo general de este procedimiento es inducir daño por esfuerzo a los músculos cuádriceps femorales utilizando contracciones de alargamiento voluntario (excéntricas) en sujetos humanos.

El daño del músculo esquelético inducido por la contracción es una consecuencia común del ejercicio que se caracteriza por dolor muscular de aparición tardía1, pérdida de fuerza transitoria y enzimas específicas musculares elevadas en la sangre2. El daño muscular por esfuerzo es más pronunciado después de un ejercicio al que el sujeto no está acostumbrado, particularmente cuando se trata de contracciones excéntricas3. El daño muscular por esfuerzo suele ser benigno. El dolor disminuye, y tanto las proteínas séricas como la fuerza generalmente vuelven a los niveles previos al daño dentro de unos pocos días o semanas después de la agresión dañina. En casos extremos, el daño muscular por esfuerzo puede provocar un síndrome potencialmente mortal conocido como rabdomiólisis. Sin embargo, el daño muscular por esfuerzo suele ser insuficiente para causar rabdomiólisis clínica en individuos sanos4 en ausencia de factores agravantes como estrés térmico, deshidratación5, infección6 o predisposiciones genéticas raras7.

El daño muscular inducido por la contracción suele ser menos grave que las lesiones inducidas por toxinas o por congelación, métodos que se utilizan a menudo en los estudios con roedores8,9. Sin embargo, la lesión inducida por la contracción proporciona un método útil para estudiar la respuesta al daño muscular con notables ventajas. En primer lugar, es un método seguro y ético para su uso con sujetos humanos1-3. Por lo tanto, no es necesaria la traducción de los resultados entre especies, ya que los datos se pueden obtener directamente de los sujetos humanos. Además, es muy difícil traducir los datos obtenidos de los estudios con roedores, dado que la gravedad de las lesiones observadas en los modelos de lesiones de roedores supera el nivel de daño que sería ético inducir en sujetos humanos. En segundo lugar, el daño inducido por la contracción se experimenta comúnmente y es un proceso natural de ejercicio. Por lo tanto, este modo de inducción del daño es útil para estudiar el daño muscular en el contexto del ejercicio, la adaptación al ejercicio y la lesión muscular manifiesta. Aquí describimos un método seguro y confiable para inducir y evaluar el daño muscular esquelético utilizando contracciones de alargamiento en humanos.

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Protocolo

Los siguientes procedimientos están en conformidad con las normas de la junta de revisión institucional de la Universidad Brigham Young (IRB).

1. Preparar los protocolos de contracción

NOTA: Las siguientes instrucciones del protocolo se basan en el software Biodex Advantage. Navegando por el software y el funcionamiento del dinamómetro será diferente si se utilizan diferentes sistemas.

  1. Protocolo de prueba de fuerza isocinética
    1. Para que el protocolo isocinético, software de control del dinamómetro abiertos en el equipo y seleccione la pestaña "Protocolo" y luego seleccione la pestaña "Grabar" en la barra de herramientas en la parte superior de la pantalla. Seleccione "Protocolo de Nueva" de la lista desplegable.
    2. En el cuadro "Tipo de estudio", seleccione la opción "Test".
    3. Seleccione los siguientes parámetros en los menús desplegables: En el menú "Mode" seleccione isocinético. En el marco del "Joint" del menú de selección de la rodilla. Bajo la " Patrón ". Menú de selección de extensión / flexión Seleccionar contracciones concéntricas, tanto para los movimientos de flexión y extensión Seleccionar." Repeticiones "bajo el" extremo por "menú desplegable.
    4. En la "unilateral" programa de ficha 1 juego de 3 repeticiones a una velocidad de 60 ° / seg, tanto para la distancia y hacia las contracciones. Para ello, introduzca "1" en el campo "# conjuntos" y escriba "3" en la fila "End por los representantes". A continuación, escriba 60 en tanto la "velocidad" Hacia "Acelerar Lejos" y filas.
    5. Utilice 90 ° como el punto de referencia anatómica y ajustar la gama de límites de movimiento de aproximadamente 10 ° y 110 ° de distancia hacia (0 ° = extensión completa, 135 ° = Flexión completa) .Para ello, seleccione el botón "set ROM" en el lado izquierdo de la pantalla. Calibrar el brazo de palanca de modo que 90 ° es paralelo al suelo (tal como se indica mediante el indicador del ángulo del brazo de palanca proporcionado en la pantalla de ordenador). Luego, utilizando 90 ° como el re anatómicapunto de conferencia, establecer el rango de los límites de movimiento de aproximadamente 10 ° y 110 ° de distancia hacia (0 ° = extensión completa, 135 ° = flexión completa).
      NOTA: Los ajustes de ángulo de la articulación que se dan aquí son los preferidos, sin embargo estos valores debe ser modificado en una base de caso por caso, sobre todo cuando se trabaja con sujetos con una deformidad en flexión fija u otra limitación.
    6. Nombre del protocolo en el campo "Descripción" en la parte inferior izquierda de la pantalla y seleccione el botón Guardar en la barra de menú superior.
  2. Protocolo de prueba de fuerza isométrica
    1. Repita los pasos 1.1.1 para empezar a hacer el protocolo isométrico.
    2. Seleccionar la opción "Test" en el cuadro "Tipo de estudio".
    3. Seleccione los siguientes parámetros en los menús desplegables: En el menú "Modo" seleccionar "isométrico". En el menú "conjunta" seleccionar "rodilla". Bajo el menú "Modelo", seleccione "extensión / flexión". En el marco del "contraction Dirección "del menú seleccione" lejos ". En el" final por "menú seleccione" repeticiones ".
    4. Programa una prueba con 1 juego de 3 contracciones isométricas que duran 5 segundos cada una en un ángulo de 70 ° conjunta. Para ello, escriba "1" en el campo "Posiciones" en la pestaña "unilateral". Bajo la columna de la posición # 1, escriba "3" en la fila "End por los representantes". En la fila denominada "ángulo" seleccionar "70".
    5. Selecciona 90 ° como el punto de referencia anatómica y un límite de distancia de 70 °.
    6. Nombre del protocolo en el campo "Descripción" en la parte inferior izquierda de la pantalla y seleccione el botón Guardar en la barra de menú superior.
  3. Músculo Dañar Protocolo ejercicio excéntrico
    1. Para que el protocolo de ejercicio excéntrico, software de control del dinamómetro abiertos en el equipo y seleccione la pestaña "Protocolo". A continuación, seleccione la pestaña "Grabar" en la barra de herramientas en la parte superior de la pantalla. Ahora haga clic en "Nuevo Protocolo y# 34; en la lista desplegable.
    2. Seleccionar la opción "ejercicio" en el cuadro "Tipo de estudio".
    3. Seleccione los siguientes parámetros en los menús desplegables: En el menú "Modo" seleccionar "isocinética". En el menú "conjunta" seleccionar "rodilla". Bajo el menú "Modelo", seleccione "extensión / flexión". En el menú "contracción" seleccionar "Con / ECC".
    4. En la ficha "unilateral", programa de 10 series de 10 repeticiones a una velocidad de 180 ° / seg de distancia y 120 ° / seg hacia con 60 segundos de descanso entre series.
      1. Tipo "10" en el campo "# Establece".
      2. En la primera columna (con la etiqueta # 1), escriba "10" en la fila denominada "End por los representantes". A continuación, escriba "180" en la siguiente fila denominada "Speed ​​Away". En la siguiente fila denominada "Hacia la velocidad", forma de "120". En la fila denominada "par", tipo 200 a 600 dependiendo de la fuerza anticipada de los sujeto.
      3. Repita el paso 1.3.4.2 para los conjuntos # 2 a # 10.
      4. Tipo 60 en el "tiempo de descanso en segundos" campo.
    5. Tipo 90 ° en el campo "anatómico de referencia".
    6. Seleccione el botón "Set ROM" en el lado izquierdo de la pantalla y ajustar la gama de límites de movimiento a 40 ° y 110 ° de distancia hacia (0 ° = extensión completa, 135 ° = flexión completa). Estos ajustes proporcionan el rango de movimiento a través del cual el sujeto debe proporcionar resistencia contra el brazo del dinamómetro. Como medida de seguridad, el dinamómetro se detendrá si el sujeto deja de proporcionar resistencia dentro de este rango específico de movimiento.
      1. Para establecer el rango de movimiento, seleccione el botón "ROM de ajuste" en el lado izquierdo de la pantalla. Calibrar el brazo de palanca de modo que 90 ° es paralelo al suelo (tal como se indica mediante el indicador del ángulo del brazo de palanca proporcionado en la pantalla de ordenador). Luego, utilizando 90 ° como punto de referencia anatómica, sy el rango de los límites de movimiento a 40 ° y 110 ° de distancia hacia (0 ° = extensión completa, 135 ° = flexión completa).
        NOTA: Estos ajustes de ángulo conjuntos son sugerencias para un sujeto sano típico. Estos deben ser modificados para adaptarse a las capacidades de un individuo a otro.
    7. Nombre del protocolo en el campo "Descripción" y seleccione el botón "Guardar" en la barra de herramientas superior.

2. Las mediciones basales

  1. Las mediciones dolorimiento
    1. Hacer una escala analógica visual mediante una línea de 100 mm horizontalmente a través de una página.
    2. En el lado izquierdo de la línea de indicar "Sin dolor" y en el lado derecho de la línea de indicar "dolor extremo" (Figura 1). Este método se utiliza comúnmente para evaluar-retraso en la aparición de dolor muscular 1,10,11.
    3. Instruir al objeto de hacer dos sentadillas peso corporal. Realizar ambas se pone en cuclillas con los brazos celebrada straight delante de los hombros y los pies al ancho de hombros. La profundidad adecuada se alcanza cuando los muslos son paralelos al piso antes de volver a la posición inicial.
    4. Pedir al paciente que indique la intensidad del dolor que él o ella siente en los músculos cuádriceps femoral durante las sentadillas, trazando una línea vertical en el punto apropiado en la escala analógica visual.
    5. Cuantificar el nivel de dolor del sujeto mediante la medición de la distancia en milímetros desde el extremo sin dolor en la escala analógica visual para la marca del sujeto.
  2. La creatina cinasa sérica
    PRECAUCIÓN: Use guantes de protección antes de manipular la sangre y deshacerse de las agujas inmediatamente después de su uso en un contenedor de objetos punzantes como por hospital o política universitaria.
    1. Siga los procedimientos de flebotomía estandarizados para extraer sangre de la región antecubital del brazo del sujeto en condiciones de ayuno para obtener 5 a 6 ml de sangre 12.
    2. Centrifugar lamuestra de sangre a 15 xg durante 15 min a 3 ° C para separar el suero de las células sanguíneas.
    3. Usando una pipeta de transferencia, transferir la muestra de suero en un tubo de microcentrífuga etiquetado adecuadamente para el punto del motivo y el tiempo.
    4. Conservar la muestra a -80 ° C para su uso posterior.
    5. Ensayo de muestras de suero para la actividad de la creatina quinasa utilizando un kit disponible comercialmente de acuerdo con el protocolo del fabricante. Alternativamente, las muestras de suero pueden ser transportadas a un laboratorio de diagnóstico médico local para análisis.
  3. Se reserva
    1. Cuarenta y ocho horas antes de la visita del sujeto, darles instrucciones para evitar el ejercicio extenuante o desacostumbrado, no esteroides anti-inflamatorios y el alcohol.
    2. Cuando llega el tema, recopilar peso, altura, sexo y dominio de la información de la pierna antes de la instalación. Pierna dominancia se puede determinar preguntando al sujeto con el que la pierna que elegirían para lanzar una pelota.
    3. Tener la subject calentar de 50 a 150 W durante 10 minutos en una bicicleta ergométrica antes de realizar los ensayos de resistencia.
    4. Después del calentamiento pedir al paciente a sentarse en la silla del dinamómetro. Ajuste la inclinación, la altura, la profundidad, de reclinación, y la rotación del brazo del asiento y el eje para encajar el tema. Utilice el cóndilo femoral lateral como referencia y alinear eje de rotación de la rodilla con la del brazo del eje dinamómetro. Ajustar la longitud del brazo de eje de manera que es justo proximal al maléolo medial, y asegurar con la correa. Sujeto debe ser capaz de flexión plantar cómodamente con rango completo de movimiento.
    5. Dejar suficiente espacio (25 mm) entre el borde delantero del asiento y la parte posterior de la pierna para permitir la flexión máxima de la articulación de la rodilla sin pellizcar o malestar.
    6. Estabilizar sujeto con hombro, cadera, muslo y tobillo correas. Para aislar los extensores de la rodilla y evitar la participación muscular auxiliar, es esencial que el sujeto ser estabilizado de forma segura.
    7. Haga que el sujeto realice3-5 práctica extensión de maniobras / flexión de la rodilla, gama de monitores de movimiento y signos de malestar que puedan existir antes de comenzar el protocolo de la contracción, y ajustar según sea necesario.
    8. Ahora que los componentes ajustables del dinamómetro están correctamente instalados en el tema, registrar la posición de los ajustes de posición de asiento y del eje para la configuración repetible para las visitas siguientes.
      NOTA: Es importante que el sujeto es seguro y cómodo. El dinamómetro está equipado con un botón de parada de emergencia, tanto para el sujeto y el operador en el caso de una emergencia.
  4. Medición de la fuerza
    1. Después de que el sujeto está orientado correctamente en el asiento y se carga el protocolo de prueba de fuerza isométrica, dar instrucciones al sujeto sobre la forma de realizar la prueba.
      1. Dile al tema que él o ella se contrae contra el brazo de palanca que permanecerá estacionaria. Decirle al sujeto que siga las instrucciones de la pantalla del ordenador haciendo 3 contracciones duran 5 segundos EACmarido.
      2. Decirle al objeto de mantener un esfuerzo máximo para cada contracción. Decirle al objeto de respirar durante las contracciones. Pedir al paciente que cruzar sus brazos sobre el pecho durante la prueba.
      3. Iniciar el protocolo isométrica y permitir que el objeto de practicar la prueba con un esfuerzo submáxima. Este ensayo práctica familiarizará al objeto de la prueba, así como proporcionar una prueba específica de calentamiento. Deje que el objeto de practicar la prueba de 2 a 3 veces.
    2. Una vez que el sujeto esté listo, comience la prueba y verbalmente fomentar el objeto de proporcionar un esfuerzo máximo para cada contracción.
    3. Registro de par, potencia y trabajo. El software también calcula el coeficiente de varianza (una representación estadística de validez de la prueba sobre la base de la reproducibilidad de los resultados, los valores más bajos indican una mayor reproducibilidad). Si el coeficiente de variación supera el 15%, repetir la prueba. Repita la prueba hasta 4 veces. Si el sujeto es incapaz de producir un coeficiente of variación inferior al 15% después de 4 intentos de utilizar los datos del conjunto que produjo el menor coeficiente de variación de valor.
    4. Permitir que el motivo de dos a tres minutos para el descanso, y luego cargar el protocolo isocinético para obtener los datos de fuerza isocinética.
    5. Después de que el sujeto está asegurado en el asiento, instrucciones sobre cómo realizar la prueba isocinética.
      1. Decir la materia que van a hacer tres contracciones extensión y flexión contra el brazo de palanca que se mueve a una velocidad fija. Decirle al sujeto que el objetivo es contratar con tanta fuerza como sea posible a través de todo el rango de movimiento para cada contracción.
      2. Diles que el brazo de palanca se detendrá cuando llegan al final de la amplitud de movimiento. Pedir al paciente que cruzar los brazos sobre el pecho durante la prueba. Recuerde al objeto de no contener la respiración durante las contracciones
        NOTA: Si bien los datos recogidos en el componente de flexión de la contracción pueden no ser de interés para el investigador, sujECTS que proporcionan el máximo esfuerzo, tanto para la flexión y extensión maniobras tienden a producir una mejor consistencia de fuerza durante la maniobra de extensión.
    6. Para empezar la prueba y verbalmente fomentar el objeto de proporcionar un esfuerzo máximo.
    7. Registro de par, potencia y trabajo. El software también calcula el coeficiente de varianza (una representación estadística de validez de la prueba sobre la base de la reproducibilidad de los resultados, los valores más bajos indican una mayor reproducibilidad). Si el coeficiente de variación supera el 15%, repetir la prueba.
      1. Repita la prueba hasta 4 veces. Si el sujeto es incapaz de producir un coeficiente de variación inferior al 15% después de 4 intentos, utilizar los datos del conjunto que produjo el menor coeficiente de variación de valor.

Inducción 3. Daños

  1. Uno a tres días después de las mediciones de línea de base de la Parte 2, tienen el objeto de retorno al laboratorio para la parte de la inducción del dañoprotocolo
  2. Tener el tema de calentamiento en un cicloergómetro durante 10 minutos a 50 a 150 W.
  3. Después del calentamiento, orientar y fijar el sujeto en el dinamómetro que utilice la configuración de ajuste registrados en el paso 2.3.7, cargar el músculo dañar protocolo de ejercicio excéntrico e instruir el tema sobre cómo realizar correctamente el ejercicio.
    1. Dile el tema que se contraiga contra el brazo de palanca para iniciar el movimiento del brazo de eje para cada contracción. Decirle al sujeto que a medida que el brazo de eje se mueve hacia ellos a una tasa fija, su objetivo es la contratación en contra de ella con tanta fuerza como sea posible.
    2. Permitir que el objeto de comprender las empuñaduras situadas a ambos lados del asiento.
    3. Decirle al objeto de respirar durante las contracciones; exhale durante la fase excéntrica.
  4. Cuando el sujeto está listo, comience la primera serie de contracciones pulsando el botón de inicio en la pantalla.
  5. alentar verbalmente al objeto de mantener la máxima effortaleza para cada contracción.
  6. Siga las indicaciones que aparecen en la pantalla que guiará el tema a través de 10 series de 10 repeticiones con un período de descanso de 1 minuto entre series.
  7. Una vez que se han completado 10 sistemas permiten que el sujeto 1 a 5 minutos de descanso antes de repetir el protocolo.
    NOTA: El número máximo de conjuntos disponible bajo el protocolo de excéntrica 10 es sin embargo esto puede variar en función del dinamómetro y el software utilizado. El resto proporciona tiempo para el operador para volver a cargar el protocolo si es necesario.
  8. Repetir el procedimiento dos veces más para un total de 300 contracciones predominantemente excéntricas.

4. Evaluación de Daños del músculo

  1. Repetir tanto las pruebas de fuerza isométrica como se describe en 2.4 inmediatamente después del ejercicio y perjudicial a los 24, 48, 72, y 96 horas después de la isocinética y.
  2. Repita la medición dolor como se describe en la parte 2.1 a las 24, 48, 72, y 96 horas después de dañar ejercicio. Asegúrese de utilizar una nueva escala analógica visual para cadaevaluación de manera que el sujeto no puede ver sus respuestas anteriores.
  3. Repetir la extracción de sangre como se describe en la parte 2.2 para el ensayo de quinasa creatina a las 48 y 120 horas después de dañar el ejercicio, o en puntos de tiempo dictados por el protocolo experimental.
  4. Representar gráficamente los datos de la creatina quinasa, resistencia y dolor en el eje y de un gráfico contra el tiempo en el eje x.
  5. Observar cómo estas variables se desvían de y vuelven hacia los valores basales en los días siguientes ejercicios, que indica daño y reparación, respectivamente.

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Resultados

Utilizando los métodos que aquí se presentan, dolor basal, la actividad quinasa creatina sérica, y la fuerza de las mediciones (isométricos e isocinéticos) se tomaron en 7 jóvenes no entrenados. El día siguiente, los sujetos fueron sometidos a dañar el músculo protocolo contracción excéntrica descrito anteriormente. Para proporcionar índices de daño muscular, el seguimiento de las evaluaciones de la fuerza, el dolor y la actividad de la creatina quinasa sérica fueron hechas. La fuerza se...

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Discusión

Varios pasos son fundamentales para la obtención de los resultados deseados de este protocolo. En primer lugar, los sujetos deben estar familiarizados adecuadamente a los protocolos de contracción, en particular las medidas de fuerza. Asegúrese de que el sujeto entiende exactamente lo que se espera de ellos y darles la oportunidad de practicar las pruebas de resistencia antes de la recogida de datos. Los sujetos que no están familiarizados con estos procedimientos de manera adecuada pueden mostrar una curva de aprendiza...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Los autores no tienen agradecimientos.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Dinómetro Biodex BiodexMedical Systems850-000Hay otros modelos disponibles y deberían producir resultados similares
Kit de creatina quinasaSigma-Aldrich MAK116
Serum VacutainersBD Bioscience367812
Juego de extracción de sangre con botón de seguridad aladoBD Bioscience367338
Viales criogénicosSigma-AldrichV5007Utilizamos el 2  Viales de ml para almacenar alícuotas séricas

Referencias

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