Summary
Het huidige protocol beschrijft weerstandstraining en testen met behulp van statische en dynamische ladders in diermodellen.
Abstract
Weerstandstraining is een lichaamsbewegingsmodel met diepgaande voordelen voor de gezondheid gedurende het hele leven. Het gebruik van diermodellen voor weerstandsoefeningen is een manier om inzicht te krijgen in de onderliggende moleculaire mechanismen die deze aanpassingen orkestreren. Het doel van dit artikel is om trainingsmodellen en trainingsprotocollen te beschrijven die zijn ontworpen voor krachttraining en evaluatie van weerstand in diermodellen en voorbeelden te geven. In dit artikel zijn krachttraining en weerstandsevaluatie gebaseerd op ladderklimactiviteit, met behulp van statische en dynamische ladders. Deze apparaten maken een verscheidenheid aan trainingsmodellen mogelijk en bieden nauwkeurige controle over de belangrijkste variabelen die de weerstandsoefening bepalen: volume, belasting, snelheid en frequentie. Bovendien is dit, in tegenstelling tot weerstandsoefeningen bij mensen, een gedwongen oefening. Aversieve prikkels moeten dus worden vermeden bij deze interventie om het dierenwelzijn te behouden. Voorafgaand aan de implementatie is een gedetailleerd ontwerp noodzakelijk, samen met een acclimatisatie- en leerperiode. Acclimatisatie aan trainingsapparaten, zoals ladders, gewichten en klinische tape, evenals aan de vereiste manipulaties, is noodzakelijk om afstoting van oefeningen te voorkomen en stress te minimaliseren. Tegelijkertijd wordt de dieren geleerd om de ladder op te klimmen, niet naar beneden, naar het rustgebied bovenaan de ladder. Weerstandsevaluatie kan fysieke kracht karakteriseren en het aanpassen en kwantificeren van de trainingsbelasting en de reactie op training mogelijk maken. Bovendien kunnen verschillende soorten sterkte worden geëvalueerd. Met betrekking tot trainingsprogramma's, met het juiste ontwerp en apparaatgebruik, kunnen ze voldoende veelzijdig zijn om verschillende soorten kracht te moduleren. Bovendien moeten ze flexibel genoeg zijn om te worden aangepast, afhankelijk van de adaptieve en gedragsmatige reactie van de dieren of de aanwezigheid van verwondingen. Kortom, weerstandstraining en -beoordeling met behulp van ladders en gewichten zijn veelzijdige methoden in dieronderzoek.
Introduction
Lichaamsbeweging is een bepalende leefstijlfactor voor het bevorderen van de gezondheid en het verminderen van de incidentie van de meest voorkomende chronische ziekten en sommige soorten kanker bij mensen1.
Weerstandsoefening heeft interesse gewekt vanwege de overweldigende relevantie voor de gezondheid gedurende het hele leven2, vooral vanwege de voordelen ervan bij het tegengaan van leeftijdsgerelateerde ziekten die het bewegingsapparaat beïnvloeden, zoals sarcopenie, osteoporose, enz. 3. Bovendien beïnvloedt weerstandsoefening ook weefsels en organen die niet direct betrokken zijn bij de uitvoering van beweging, zoals de hersenen4. Deze relevantie in de afgelopen jaren heeft de ontwikkeling van resistentie-oefeningsmodellen bij dieren aangemoedigd om de onderliggende tissulaire en moleculaire mechanismen te bestuderen, wanneer dit niet mogelijk is bij mensen of wanneer de dieren beter inzicht geven en een meer gecontroleerd model zijn.
In tegenstelling tot weerstandsoefeningen bij mensen, vertrouwen onderzoekers voor diermodellen meestal op gedwongen procedures. Aversieve stimuli moeten in deze context echter worden vermeden, voornamelijk om het dierenwelzijn te behouden, stress te verminderen en de ernst van de experimentele procedures te verminderen5. Opgemerkt moet worden dat dieren zelfs in het wild van lichaamsbeweging genieten6. Om deze redenen is het noodzakelijk om de aanpassing aan het experiment te verbeteren door langdurige stapsgewijze acclimatisatie.
De apparaten, materialen en protocollen die worden gebruikt voor weerstandstraining en -beoordeling bij proefdieren moeten de nauwkeurige controle en modulatie van talrijke variabelen mogelijk maken: belasting, volume, snelheid en frequentie7. Ze moeten ook verschillende soorten spiercontracties mogelijk maken: concentrisch, excentrisch of isometrisch. Gezien het bovenstaande moeten de gebruikte protocollen specifiek kunnen evalueren of trainen voor verschillende toepassingen van kracht: maximale kracht, hypertrofie, snelheid en uithoudingsvermogen.
Er zijn verschillende methoden van krachttraining, zoals springen in water 8,9, gewogen zwemmen in water10, of spier elektrostimulatie11. Statische en dynamische ladders zijn echter veelzijdige apparaten die veel worden gebruikt 12,13,14.
Resistentiebeoordeling in experimentele diermodellen biedt waardevolle informatie voor veel onderzoeksomgevingen, zoals het beschrijven van de fenotypische kenmerken van genetisch gemodificeerde dieren, het evalueren van het effect van verschillende interventieprotocollen (suppletie van voedingscomponenten, medicamenteuze behandelingen, microbiotatransplantatie, enz.), Of het beoordelen van het effect van trainingsprotocollen. Trainingsmodellen geven inzicht in de fysiologie van aanpassing aan krachtoefeningen, wat helpt om het effect van lichaamsbeweging op de gezondheidstoestand en pathofysiologie beter te begrijpen.
Bijgevolg is er geen universeel protocol voor weerstandstraining of de functionele beoordeling van kracht in diermodellen, dus zijn veelzijdige protocollen nodig.
Het doel van deze studie is om de meest relevante factoren te identificeren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen en toepassen van een protocol voor weerstandstraining en -evaluatie met behulp van statische en dynamische ladders in diermodellen, en om specifieke voorbeelden te geven.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De in dit protocol gepresenteerde methoden zijn geëvalueerd en goedgekeurd door de technische commissie dieronderzoek (referentie PROAE 04/2018, Principado de Asturias, Spanje).
1. Planning
- Selecteer zorgvuldig dieren voor de studie op basis van de kenmerken van belang (genetisch gemodificeerd, pathologiemodellen, leeftijd, enz.) en pas specifieke aanpassingen toe aan het protocol (klimmen zonder gewichten, het aantal sporten om te klimmen en helling verminderen).
- Identificeer de te beoordelen of te trainen sterktemodaliteit: maximale kracht, uithoudingsvermogen-weerstand, snelheid, enz., Afhankelijk van de doelstellingen van het onderzoek.
- Pas de parameters zorgvuldig aan wanneer functionele beoordeling of training wordt ingekaderd, rekening houdend met de vraag of het zich richt op de resultaten van deze tests of dat ze complementair zijn aan andere soorten klinische, functionele, histologische of moleculaire bepalingen.
- Plan alle kwesties met betrekking tot training, met name het tijdschema, de duur van de trainingsperiode en de frequentie van de sessies, en teken een trainingstafel.
- Specificeer de opwarmtreden en de helling van de ladder, die tijdens de training hetzelfde zal zijn. Specificeer sets, herhalingen, belasting (op basis van de resultaten van de weerstandstests die voorafgaand aan de trainingsperiode zijn uitgevoerd) en rust tussendoor, met aandacht voor belastingsverhogingen op basis van de vorige sessie.
- Pas het plan aan, zoals bij menselijke training, afhankelijk van het welzijn van het dier. Wijzigingen omvatten het verminderen van herhalingen, het verhogen van de rusttijd tussen sets of herhalingen en het verminderen van de belasting om overtraining en blessures te voorkomen.
- Na voltooiing dient u het ontwerp in voor evaluatie en goedkeuring door de onderzoekscommissie voor dierethiek.
2. Apparaten en materialen voor weerstandsoefeningen
- Apparaten: Statische en dynamische ladders
OPMERKING: Twee soorten ladders, zogenaamde statische en dynamische ladders (zie figuur 1), kunnen worden gebruikt voor weerstandstraining en -evaluatie (zie Materiaaltabel).- Gebruik een verticale ladder met ten minste 30 stalen draadtreden met een diameter van 1,5 mm, gescheiden door 15 mm, en een rustgebied van ten minste 20 x 20 cm op de bovenkant van de ladder. De helling van de ladder moet met het horizontale vlak van 80° tot 110° verstelbaar zijn (figuur 1C). Baken twee rijstroken af om niet-lineair klimmen te voorkomen.
- Gebruik een dynamische ladder vergelijkbaar met de statische ladder, met een plastic filamentbarrière aan de bovenkant, die kan worden geopend om de toegang tot het rustgebied te regelen, en een plastic filamentbarrière aan de onderkant, om te voorkomen dat de dieren naar beneden klimmen. De hellingshoek van de ladder moet instelbaar zijn tussen 80° en 100°, de meest voorkomende is 85°.
LET OP: De ladder kan circuleren door middel van een bovenste en een onderste schacht met een diameter van 8 cm. De onderste as wordt aangedreven door een elektromotor die de treden aan de voorkant laat dalen en aan de achterkant opstijgt, waardoor een eindeloze ladder ontstaat. Het is uitgerust met een reductietandwiel en een snelheidsregelaar voor het verlagen van de snelheid van 11,6 cm / s naar 3,3 cm / s, en de meest voorkomende snelheid is 5,6 cm / s.
Figuur 1: Weerstandstrainingsapparatuur: statische en dynamische ladders. (A) Muistraining met extern gewicht op een statische ladder. (B) Twee muizen die trainen met gewicht op een dynamische ladder. (C) Schematische weergave van ladderhoeken voor training en evaluatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Materiaal
- Bereid de volgende materialen voor: gewichten, draad voor het vasthouden van gewichten, stalen gatorclip en klinische plakband.
OPMERKING: De gewichten zijn stalen cilinders met verschillende massa (5, 10, 15, 20, 25 en 50 g), met een gat met een diameter van 5 mm in het midden om ze aan een draad te rijgen (materiaaltabel). De draad om de gewichten vast te houden is gemaakt van staal met een diameter van 1-1,5 mm en een lengte van 5-10 cm, afhankelijk van het aantal te laden gewichten. - Knip een stuk elastisch kleefverband (Materiaaltabel) van ongeveer 3,0-3,5 cm x 1,0-1,5 cm groot en bevestig het rond de staart van het dier om de gewichten vast te houden. Zorg ervoor dat u niet te strak aanspant, omdat dit kan leiden tot beperking van de bloedstroom.
OPMERKING: In het begin zal het gedrag van de dieren vechten tegen de tape en bijten, maar na een paar dagen zullen ze het tolereren, zoals gewoonlijk verzorgen en geen tekenen van stress vertonen. - Steek de gewenste gewichten in de draad en haak de gatorclip (Materiaaltabel: Stalen gatorclip en draad voor het vasthouden van gewichten).
- Klem de gator vast aan de klinische tape die aan de staart van het dier is bevestigd.
- Verwijder onmiddellijk na het beklimmen van de vereiste sporten de klem en laat het dier rusten met de klinische tape op de staart, maar zonder het gewicht (figuur 1).
- Bereid de volgende materialen voor: gewichten, draad voor het vasthouden van gewichten, stalen gatorclip en klinische plakband.
3. Acclimatisatie
OPMERKING: Een goede acclimatisatie is essentieel om afwijzing van oefeningen te voorkomen en stress te minimaliseren. Acclimatisatie is een cruciale fase voordat weerstandsevaluatietests of trainingsprotocollen worden uitgevoerd. Er moet voldoende tijd worden besteed om gedragssignalen van comfort bij de dieren te bereiken. Details over de dagelijkse acclimatisatie met de statische en dynamische ladders zijn weergegeven in respectievelijk tabel 1 en tabel 2.
- Laat de dieren wennen om in de rustruimte bovenaan de ladder te blijven (statisch of dynamisch). Laat de dieren op deze plaats in groepen van vier, met beddengoed uit hun kooi, elke dag 15 minuten. Meestal zullen de dieren na 3-5 dagen geen tekenen van stress vertonen.
- Leer dieren om de ladder op te klimmen, niet naar beneden. Plaats de muizen met behulp van de statische ladder op een sport dicht bij de top, van waaruit ze het rustgebied kunnen zien. Ze zullen er instinctief naartoe gaan. Leer ze vervolgens geleidelijk omhoog te klimmen van vijf sporten (3x) de eerste dag, naar 10 sporten (3x) de volgende dag, tot 15 sporten (3x) (tabel 1).
Gebruik dezelfde procedure met de dynamische ladder, eerst zonder beweging, en vervolgens met de ladder die beweegt met 5,4 cm / s en 6,6 cm / s en de dieren die gedurende 2 minuten omhoog klimmen en vijf reeksen voltooien (tabel 2). - Pas de dieren aan om gewichten te dragen, vanaf de derde dag van acclimatisatie. Plak een stuk klinische tape op de basis van de staart die zal worden gebruikt om gewichten vast te houden.
- Bevestig vanaf de zevende dag van acclimatisatie kleine gewichten (5-10 g) aan de klinische tape met een gatorclip. Vermijd het uitvoeren van te veel series, zodat de aanpassing niet wordt omgezet in training.
OPMERKING: Acclimatisatie van de controlegroep is verplicht als deze groep de weerstandstest uitvoert. Voer na deze periode eenmaal per week een ladderklimherinnering uit, met tape maar zonder gewichten.
4. Evaluatie van de weerstand
- Incrementele tests om maximale sterkte te beoordelen
OPMERKING: Deze test is bedoeld om de maximale weerstand te bepalen die wordt gemeten als het maximale gewicht waarbij de dieren 10 sporten op de statische ladder kunnen beklimmen, wat het maximum van 10 herhalingen (10 RM) 4 definieert. Dit protocol is aangepast aan eerdere studies (besproken in Kregel et al.15).- Voer voor de warming-up drie reeksen van 10 herhalingen uit, 10 stappen / herhaling, zonder externe belasting. Voor de eerste serie de helling ingesteld op 90°, en daarna op 85°. Sta een rustperiode van 60 s toe tussen de series.
- Stel de helling in op 85° (om te voorkomen dat de gewichten grazen of haken op de sporten van de ladder).
- Bevestig de tape rond de staart van het dier om de gewichten vast te houden en bereid de gewichten voor zoals eerder uitgelegd.
- Start de test met een externe belasting van 10 g en voer een reeks van 10 stappen uit.
- Verwijder het gewicht en laat een rustperiode van 120 s in de rustruimte.
- Voer opeenvolgende reeksen van 10 stappen uit en verhoog de externe belasting met 5 g tot uitputting. Laat de rustperiode (120 s) tussen de series toe.
- Als een dier er niet in slaagt om 10 treden te beklimmen met een bepaalde gewichtsbelasting, laat dan na 120 s rust een nieuwe poging met dezelfde lading toe. Als het lukt om met de lading mee te klimmen, gaat het verder met de test met de volgende lading. Als het opnieuw faalt, noteer dan de gewichtsbelasting van de laatst voltooide serie als de maximale gewichtsbelasting.
- Het testresultaat kan worden uitgedrukt als absoluut extern gewicht (g), als maximale belasting in verhouding tot het lichaamsgewicht (%), of als de getilde massa per gram lichaamsgewicht, volgens de discretie van de onderzoeker.
OPMERKING: Het vorige protocol vertegenwoordigt een model waarop tal van modificaties mogelijk zijn, bijvoorbeeld om de maximale resistentie van genetisch gemodificeerde muizen met neuromusculaire handicaps te beoordelen. Deze dieren zijn niet in staat om te klimmen met externe belastingen en hebben moeite om 10 sporten te beklimmen met de ladder ingesteld op 90 ° helling (ongepubliceerde gegevens). Het protocol bestond uit het beklimmen van vijf treden zonder externe belasting, te beginnen met een helling van 110°. De helling daalde in elke serie met 5° tot 85° met 120 s rust na elke serie. In dit geval werd maximale weerstand uitgedrukt als het geaccumuleerde aantal beklommen treden (zonder rekening te houden met herhalingen na mislukkingen). De wild-type controlegroep zal, na het bereiken van de helling van 85 °, doorgaan met de test door extern gewicht aan de staart toe te voegen, volgens het vorige protocol, tot uitputting.
- Maximale uithoudingsweerstandstest met de statische ladder
- Voer voor de warming-up drie reeksen van 10 herhalingen uit, 10 stappen / herhaling, zonder externe belasting. Stel voor de eerste serie de helling in op 90° en daarna op 85°. Sta een rustperiode van 60 s toe tussen de series.
- Stel de helling in op 85°.
- Klem het gewicht op de klinische tape die rond de staart van de muis is geplaatst.
OPMERKING: Afhankelijk van de leeftijd en de kenmerken van de dieren, kan de externe belasting het maximale gewicht zijn dat is verkregen in een eerdere incrementele test, een percentage ervan (bijv. 50%) of een percentage van het lichaamsgewicht (bijv. 100% -200%). Als deze test wordt uitgevoerd na een periode van training, wordt aanbevolen om dezelfde belasting te gebruiken als in de eerste test om de veranderingen te beoordelen. - Voer opeenvolgende reeksen van 10 stappen uit tot uitputting. Na elke serie is er geen rusttijd toegestaan.
- Het testresultaat is het aantal beklommen sporten.
- Maximale uithoudingsweerstandstest met de dynamische ladder
OPMERKING: Het gebruik van de dynamische ladder stelt de onderzoeker in staat om de klimsnelheid te regelen.- Stel de helling in op 85°.
- Stel de snelheid in op 4,2 cm/s.
- Voer voor het opwarmen drie reeksen van 100 stappen uit, zonder externe belasting. Sta een rustperiode van 60 s toe tussen de series.
- Klem het gewicht op de klinische tape die rond de muizenstaart is geplaatst.
OPMERKING: Afhankelijk van de leeftijd en de kenmerken van de dieren, kan de externe belasting het maximale gewicht zijn dat is verkregen in een eerdere incrementele test, een percentage ervan (bijv. 50%) of een percentage van het lichaamsgewicht (bijv. 100% -200%). Als deze test wordt uitgevoerd na een periode van training, wordt aanbevolen om dezelfde belasting te gebruiken als in de eerste test om de veranderingen te beoordelen. - Begin bij 4,2 cm/s en verhoog de snelheid met 1,2 cm/s om de 60 s tot uitputting.
OPMERKING: Het testresultaat is de trainingstijd, het aantal beklommen sporten of de maximale snelheid.
5. Weerstandstraining met statische ladder
OPMERKING: Voordat de trainingsperiode begint, zijn acclimatisatie (tabel 1) en trainingsplanning noodzakelijk. Om angst te verminderen, past u zich aan en traint u de muizen in groepen van vier dieren die dezelfde kooi delen.
- Voer voor de dagelijkse warming-up drie reeksen van 10 herhalingen uit, 10 stappen / herhaling, zonder externe belasting. Voor de eerste serie de helling ingesteld op 90°, en daarna op 85°. Sta een rustperiode van 60 s toe tussen de series.
- De training begint in de rustruimte. Clip de gator met het gewicht op de klinische tape.
- Plaats de muis voorzichtig 10-20 sporten onder de rustplaats. Laat de muis de sport vastpakken en klim naar de rustplaats.
Herhaal dit proces totdat het aantal sporten in deze serie (bijv. 10 sporten x 10-serie) is voltooid. - Verwijder het gewicht van de muizenstaart en wacht 120 s tot de volgende serie.
- Verhoog het aantal stappen en de maximale gewichtsbelasting van de serie gedurende de trainingsperiode, terwijl het wekelijkse schema wordt gehandhaafd.
OPMERKING: Een voorbeeld van de variatie van belastingen tijdens een weekplanning is weergegeven in tabel 3. Kort, dinsdag en vrijdag met hoge gewichtsbelasting (40-50 g) en een laag aantal treden (500-400); Maandag en donderdag met gemiddelde gewichtsbelasting (25-35 g) en een tussenliggend aantal stappen (800-600); en woensdag zonder gewichtsbelasting maar een hoog aantal stappen (2.000). Dit ontwerp vergemakkelijkt het herstel van eerdere trainingssessies en voorkomt blessures en overtraining. Voorbeelden van 3 weken training met meerdere ontwerpen met behulp van de statische ladder zijn weergegeven in tabel 4 (respectievelijk aan het begin, in het midden en aan het einde van de trainingsperiode)4.
6. Weerstandstraining met dynamische ladder
OPMERKING: Na acclimatisatie lijkt de training op de dynamische ladder op de statische (tabel 2). Training wordt uitgevoerd op 2-4 muizen tegelijk.
- Stel de helling in op 85°, sluit de deur naar het rustgebied en start de ladder met de gewenste snelheid (bijv. 5,4 cm/s).
- Voer voor het opwarmen drie reeksen van 100 stappen uit, zonder externe belasting. Sta een rustperiode van 60 s toe tussen de series.
- Voordat de trainingssessies beginnen, wanneer de muis zich in het rustgebied bevindt, clipt u de gator met het gewicht op de klinische tape. Als alternatief kan het gewicht worden bevestigd wanneer de muis al op de ladder staat.
- Plaats de muis voorzichtig bovenaan de bewegende trap met het gewicht op de staart. Laat de muizen de sport vastpakken en klimmen.
- Wanneer het aantal sporten in deze serie is bereikt (bijvoorbeeld 100), verwijdert u de gewichten. Vervolgens wordt de deur geopend zodat het dier naar de rustplaats kan gaan. De rusttijd is 120 s voor de volgende serie.
OPMERKING: Het aantal beklommen treden wordt geteld als functie van de klimtijd op de ingestelde snelheid. - Herhaal deze procedure totdat de trainingssessie is voltooid. Het gedetailleerde dagelijkse trainingsprogramma is weergegeven in tabel 5.
7. Evaluatie van het crossover-effect van weerstandstraining op uithoudingsprestaties
OPMERKING: Hiervoor wordt een incrementele loopbandtest uitgevoerd4, na 24 uur rust.
- Start na een opwarming van 3 min bij 10 cm/s de incrementele test met 10 cm/s en een hellingshoek van 10°.
- Verhoog de snelheid met 3,33 cm/s elke 3 min tot uitputting.
OPMERKING: Er worden geen elektrische schokken gebruikt, dus een schilderskwast wordt aan de achterkant van de loopband geplaatst om te voorkomen dat de muizen eraf rennen.
8. Gedrag van dieren tijdens procedures
OPMERKING: Continue monitoring van de aanpassing van muizen aan training moet worden uitgevoerd om extreme vermoeidheid, overtraining of letsel te detecteren.
- Let op tekenen van dierenwelzijn, in het bijzonder verzorging en weigering van training. Het normale gedrag van de muis, na een reeks intensieve training, is om ongeveer een minuut inactief te blijven vanwege vermoeidheid. Daarna beginnen ze met verzorgen, verkennen of proberen ze de tape op de staart te verwijderen.
- In het geval van een muis die weigert een serie te trainen, probeer dan langere rust te geven of zelfs die serie niet uit te voeren om remming te voorkomen.
- Af en toe, bij het uitvoeren van lichtgewicht oefeningen, duwt u zachtjes op de staart van het dier om het aan te moedigen de serie af te maken. De dieren stoppen met klimmen omdat het geen veeleisende taak is. Omgekeerd, wanneer dieren een zware lading dragen, verplaats dan voorzichtig het gewicht van het dier om de belasting te verlichten en moedig het aan om de serie af te maken, en laat het dier vervolgens rusten tot de volgende trainingssessie. De dieren kunnen stoppen of zelfs proberen af te dalen vanwege de zware belasting.
9. Veiligheidsprocedures
- Veiligheidsprocedures voor onderzoekers: Voer onderzoek uit in het laboratorium van de dierenfaciliteit en gebruik schoenovertrekken, overalls, handschoenen, petten en maskers. Er zijn geen andere aanvullende eisen dan die welke specifiek zijn voor dierproeven.
- Veiligheid voor dieren: Tijdens de beweegsessies moet continu aandacht worden besteed aan de dieren, vanwege mogelijke risico's, zoals vallen of springen. Plaats een hand onder de gewichten om de muizen te vangen en vast te houden in geval van val als gevolg van uitputting, omdat het vermogen om de sporten goed vast te houden beperkt zal zijn.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Resultaten met statische ladder
Het progressieve weerstandstrainingsprotocol dat werd gebruikt en beschreven door Codina-Martinez et al.4 (tabel 4) werd getest in een voorstudie bestaande uit 7 weken training op een statische ladder met 6 maanden oude wildtype C57BL6J-muizen (n = 4). In dit vooronderzoek werden incrementele tests uitgevoerd om maximale kracht te beoordelen voor en na de trainingsperiode. We zagen een toename van 46,4% in maximale kracht, wat betekent dat ze aan het einde van de trainingsperiode in staat waren om te klimmen met 1,9 keer hun lichaamsgewicht (ongepubliceerde gegevens).
In de studie van Codina-Martínez et al.4 werden mannelijke muizen (C57BL6N/129Sv) met een tekort aan Atg4b16 en hun overeenkomstige wildtype controles (8 weken oud, n = 36 per genotype) gedurende 14 weken getraind (tabel 4). Incrementele tests om maximale weerstand te beoordelen, voor en na de trainingsperiode, toonden een procentuele verandering van 44% bij getrainde wilde dieren en 15,3% bij atg4b-/- muizen.
In een andere studie werden 8 weken oude C57BL6N-muizen getraind gedurende 4 weken, 5 dagen / week (n = 8) (ongepubliceerde gegevens). Alle sessies waren ontworpen om hetzelfde trainingsvolume te bereiken door een combinatie van het aantal beklommen stappen (of afstand tegen de zwaartekracht) en gewichtsbelasting17 en waren gebaseerd op de resultaten die werden verkregen in een maximale krachttest voorafgaand aan de trainingsperiode. Het aantal stappen per trainingssessie varieerde tussen 400-2.000, afhankelijk van de maximale gewichtsbelasting, die varieerde tussen 25-65% van de maximale gewichtsbelasting bij de pre-trainingstest. We hebben deze maximale gewichtsbereiken geselecteerd omdat is beschreven dat er onder 75% van het maximale gewicht geen snelheidsverlies is om 1 RM te beklimmen, wat belangrijk is voor het standaardiseren van de intensiteit van submaximale inspanningen18. Nogmaals, voor en na de trainingsperiode werden incrementele tests uitgevoerd om maximale kracht te beoordelen. Het gemiddelde variatiepercentage in deze parameter was 40%. Piekkracht werd bereikt door een muis van 27 g, die na de trainingsperiode 10 RM met 120 g kon beklimmen.
Resultaten met dynamische ladder
Om de dynamische ladder als hulpmiddel voor weerstandstraining te evalueren, hebben we een experiment uitgevoerd met als doel het effect van twee soorten krachttraining te beoordelen: duur-weerstandstraining en krachttraining. De opzet en resultaten van dit onderzoek worden hier voor het eerst getoond. 8 weken oude C57BL6N-muizen werden verdeeld in drie groepen: niet-getrainde controle (C, n = 5), uithoudingsvermogen-weerstand (E-R, n = 8) en kracht (S, n = 7). Na een acclimatisatieperiode van 3 weken (12 sessies) (tabel 2) werden muizen getraind gedurende 6 weken, 5 dagen / week (maandag tot vrijdag), beginnend om 9:00 uur, voor een totaal van 22 sessies. Om angst te verminderen, werden muizen getraind in groepen van vier dieren die dezelfde kooi deelden. Aversieve prikkels werden vermeden, om stress te minimaliseren. De E-R-groep voerde drie keer meer herhalingen uit met 1/3 van de gewichtsbelasting in vergelijking met de S-groep, dus ze voerden allemaal hetzelfde geaccumuleerde werk uit, met verschillende combinaties van belasting en herhalingen. De snelheid was constant voor alle groepen, ingesteld op 5,4 cm/s. De helling werd vastgesteld op 85°.
De normaliteit van de variabelen werd getest met behulp van de Shapiro-Wilk-test. De resultaten worden weergegeven als gemiddelde ± standaarddeviatie (SD). t-test en ANOVA (Bonferroni post-hoc) werden gebruikt voor statistische verschillen. Significante veranderingen werden vastgesteld op p < 0,05. De statistische software R (www.r-project.org) werd gebruikt voor alle statistische analyses.
Alle dieren die deel uitmaakten van de getrainde en controlegroep voltooiden het onderzoek. De gemiddelde dagelijkse voedselinname per muis was 2,8 ± 0,11 g voor C, 3,2 ± 0,24 g voor E-R en 3,3 ± 0,13 g voor S. Geoefende muizen hadden een hogere voedselinname dan controlemuizen (p < 0,05). Er was echter geen verschil in lichaamsgewicht na de interventie (C: 28,0 ± 3,18 g, E-R: 28,5 ± 1,93 en S: 28,1 ± 2,52 g).
De significante toename van maximale kracht na de trainingsperiode werd waargenomen in S (29,5 ±1 0,9%) en E-R-groepen (41,5 ± 2,5% toename), terwijl een niet-significante toename werd waargenomen voor C (20,0 ± 4,0%) (figuur 2). De uithoudingsvermogen-weerstand gemeten aan het einde van de trainingsperiode (figuur 3) was significant hoger in de E-R-groep in vergelijking met S (122,5 vs 26,9 sporten, p = 0,005) en C-groepen (122,5 vs 18,8 sporten, p = 0,013).
Ook het cross-training effect van deze modellen en het effect van krachttraining op het uithoudingsvermogen werd bestudeerd. Daartoe voerden alle dieren voor en na de trainingsperiode een incrementele maximale uithoudingstests uit op een loopband, volgens de eerder beschreven protocollen19. Een significant verlies in uithoudingsvermogen werd waargenomen in C (Pre: 1219 ± 133 s vs. Post: 982 ± 149 s, p = 0,004), terwijl er geen significante veranderingen werden waargenomen voor S (Pre: 1364 ± 285 s vs. Post: 1225 ± 94 s, p = 0,253) en E-R (Pre: 1139 ± 96 s vs. Post: 1185 ± 84 s, p = 0,164).
Figuur 2: Maximale kracht gemeten met behulp van een incrementele test, voor en na een weerstandstrainingsperiode van 6 weken op een dynamische ladder volgens twee trainingsmodellen: Kracht en Uithoudingsvermogen-Weerstand. Opschrift: * p < 0.05; ** p < 0,01. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Maximale uithoudingsvermogen-weerstand gemeten met behulp van een maximale uithoudingsvermogen-weerstandstest, voor en na een weerstandstrainingsperiode van 6 weken op een dynamische ladder, volgens twee trainingsmodellen: Kracht en Uithoudingsvermogen-Weerstand. Opschrift: C: Control; S: Sterkte en E-R: Uithoudingsvermogen-Weerstand. * p < 0,05. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1: Voorbeeld van een 10-daags acclimatisatieprotocol met een statische ladder en wild-type muizen. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 2: Voorbeeld van een 14-daags acclimatisatieprotocol met een dynamische ladder en wildtype muizen. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 3: Voorbeeld van een trainingsweek met een statische ladder. Legenda: Rep: herhalingen, Stappen: aantal beklommen sporten, Helling: hoek met het horizontale vlak, en belasting: gewicht (g) bevestigd aan de staart. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 4: Voorbeeld van drie weken training met een statische ladder als onderdeel van een trainingsperiode van 14 weken. Gelabeld als laag (sessies 1-4), gemiddeld (10-14) en hoge belasting (30-34). Legenda: Rep: herhalingen, Stappen: aantal beklommen sporten, Helling: hoek met het horizontale vlak, en belasting: gewicht (g) bevestigd aan de staart. Deze tabel is een bewerking van Codina-Martinez et al. 20204. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 5: Voorbeeld van training met een dynamische ladder. Programma van twee groepen van duur-weerstand en krachttraining. Legende: De warming-up is gemeenschappelijk voor beide groepen. De helling ligt op 85°. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Training is een interventie met meerdere toepassingen in onderzoek, afgezien van de studie van lichaamsbeweging zelf. Zo heeft de analyse van het effect ervan op het ouder worden van20 of bepaalde pathologische aandoeningen en fysiotherapie21 de afgelopen jaren veel aandacht gekregen. Bovendien hebben tal van auteurs het effect van farmacologische22- of dieet21-interventies op de fysieke fitheid geanalyseerd. In deze context is interesse ontstaan in het afzonderlijk analyseren van verschillende oefenmodaliteiten, met een opkomende interesse in weerstandsoefeningen. Weerstandsoefeningen roepen een andere moleculaire reactie op uithoudingsvermogen op in tal van weefsels 23,24 en er is ook aangetoond dat het een specifiek effect heeft op een aantal pathologische aandoeningen21.
Het gebruik van diermodellen voor de studie van weerstandsoefeningen is een hulpmiddel met meerdere toepassingen. Het maakt de karakterisering van een specifiek fenotype mogelijk in modellen van pathologieën of genetisch gemodificeerde dieren, hoewel deze beschrijving meestal niet wordt opgenomen. Daarnaast geeft de implementatie van oefenprotocollen en de evaluatie van hun impact op deze modellen inzicht in de fysiologie of pathofysiologie van deze aandoeningen25.
Sommige auteurs hebben eerder weerstandstraining uitgevoerd met ratten12,13 en muizen 4,14, met behulp van verschillende trainingsmodellen. Sommige auteurs hebben isometrische spiercontractieprotocollen toegepast om kracht te trainen en te beoordelen26. Overbelasting springen in het water en gewogen zwemmen werden ook toegepast 9,10. Zenuwstimulatie uitgevoerd onder anesthesie11, en het combineren van weerstandstraining met chirurgische procedures om biomechanische spierbelasting en spierhypertrofie te veroorzaken27 zijn ook gedaan.
Sommige interventies om de weerstand te verbeteren hebben echter enkele zwakke punten. Van gedwongen inspanning met elektrische schokken is aangetoond dat het de experimentele resultaten verstoort28. Sommige procedures zijn stressvol omdat ze afhankelijk zijn van gedwongen zwemmen om te voorkomen dat het dier 9,10 verdrinkt. Zenuwstimulatie is geen vrijwillige spiercontractie en wordt uitgevoerd onder anesthesie11. De eenvoudigste benadering van weerstandstraining en -beoordeling is die van niet-invasieve procedures met behulp van concentrische / excentrische spiercontracties.
Hoewel de meest voorkomende apparaten om deze protocollen toe te passen statische ladders zijn waarop de dieren met externe gewichten klimmen, kan weerstandsoefening ook worden uitgevoerd met behulp van dynamische apparaten. In dit verband gebruikten Konhilas et al.29 verzwaarde wielen. Deze aanpak lijkt echter meer op een duurtraining met hoge intensiteit, dus specificiteit zou verloren gaan. In dit artikel tonen we voor het eerst protocollen voor weerstandstraining en weerstandsevaluatie met behulp van een dynamische ladder, die zeer veelzijdige benaderingen mogelijk maakt. Resultaten bij de implementatie ervan worden ook opgenomen. Bovendien betekent het gebruik van een dynamische ladder minder manipulatie van de dieren, omdat ze continu met gewicht kunnen klimmen, zonder dat ze een reeks treden hoeven te beklimmen zoals bij een statische ladder.
De krachtbeoordeling van piekkrachten kan worden uitgevoerd met behulp van grijpkracht30 en koppel gegenereerd door directe zenuwstimulatie31. De beoordeling van de sterkte met behulp van de ladders is nuttig voor de daaropvolgende trainingsplanning. De dynamische ladder maakt het ook mogelijk om tijdslimiettests uit te voeren, waarbij het aantal treden wordt geëvalueerd als functie van de belasting. Deze procedure is gelijk aan het maximale aantal gewichtsherhalingentests dat bij mensen is uitgevoerd7.
Bovendien, met betrekking tot trainings- en beoordelingsmethoden, benadrukken we in dit artikel acclimatisatie als een belangrijke factor bij het voorkomen van trainingsweigering op zowel statische als dynamische ladders. Deze acclimatisatie wordt niet bereikt door voedselbeloning, zoals beschreven in Yarsheski et al.13, maar door de muizen te leren de rustplaatsen bovenaan de ladders te bereiken, zodat ze gemotiveerd zijn om te klimmen, zonder de noodzaak van voedselbeperkingen. Ons doel is geweest om gehumaniseerde dierlijke oefening te bereiken, zoals gesuggereerd door Seo et al.32. In dit verband is het ook vermeldenswaard dat, volgens dit protocol, de muizen in groepen worden getraind met behoud van sociale interactie. In de protocollen die in dit artikel worden getoond, was de weigering van de dieren om te trainen niet aanwezig in zowel de statische als de dynamische ladders. Dit kan te wijten zijn aan het aanpassingsprotocol.
Onze resultaten tonen aan dat verschillende protocollen met verschillende diermodellen effectief waren in het verbeteren van maximale sterkte. Ze waren ook gevoelig genoeg om verschillen te detecteren tussen genetisch gemodificeerde dieren met veranderingen in spierfunctie en wilde dieren, zowel in maximale weerstand als in reactie op training4. Verder bleek uit een vergelijking van de trainingsprogramma's met de dynamische ladder (kracht en uithoudingsvermogen-weerstand) dat alle groepen muizen hun maximale kracht verhoogden, inclusief C. Voor C kan dit zijn omdat de muizen aan het begin van de trainingsperiode jong waren en nog steeds groeien. Toch was de verbetering in de S- en E-R-groepen veel groter, wat het effect van training bewijst. Bovendien was de E-R-groep in de uithoudingstest na de training, die bestond uit het beklimmen van zoveel mogelijk stappen met het maximale gewicht verkregen in de incrementele test vóór de training, duidelijk superieur aan de S- en C-groepen. Bovendien toonde de incrementele loopbandtest aan dat er geen afname van het uithoudingsvermogen was in een van de getrainde groepen, terwijl een afname werd waargenomen in de C-groep. Dit komt overeen met het cross-training effect van weerstandstraining op het eerder beschreven uithoudingsvermogen33. Deze resultaten suggereren aan de ene kant de specificiteit van de weerstandstrainingsprotocollen die in deze studie worden gepresenteerd voor het verhogen van weerstands- en uithoudingsvermogenscapaciteiten. Tegelijkertijd vertonen beide trainingsmodaliteiten een divers effect op de fysieke fitheid34, waarschijnlijk als gevolg van een diverse reeks moleculaire mechanismen die door elk trainingsmodel worden geactiveerd en tot op zekere hoogte overlappen23.
Hoewel deze trainingsmodellen de algehele weerstand van de betrokken groepen dieren beïnvloedden, hebben we ook een grote heterogeniteit waargenomen, zowel in de startweerstand van de individuen als in de respons op training (figuur 2 en figuur 3). Deze observatie is in lijn met wat door andere auteurs is beschreven35. Hiermee moet rekening worden gehouden bij de interpretatie van de resultaten van de interventie in de verschillende parameters die moeten worden geëvalueerd in de monsters die van deze dieren zijn verkregen.
Tot slot is de statische ladder ook geschikt voor excentrische training. Het kan worden uitgevoerd door af te dalen met een bijna maximale of supramaximale belasting. De belasting die voor deze procedure wordt toegepast, moet hoog zijn (bijvoorbeeld 90% -100% of meer van de maximale incrementele concentrische testbelasting). Wanneer muizen een bijna maximale belasting dragen, proberen ze van nature af te dalen. In het geval van excentrische training is het noodzakelijk om de dieren te laten dalen in plaats van op te stijgen tijdens de acclimatisatieperiode. Om deze reden is het niet eenvoudig om zowel concentrische als excentrische training bij muizen te combineren, en slechts één trainingsmodel is op een bepaald moment haalbaar.
De belangrijkste beperking van de hier gepresenteerde protocollen is dat evaluatie van een bepaald type sterkte, zoals maximale isometrische sterkte, niet mogelijk is, dus andere apparaten en protocollen, zoals gripsterkte, moeten worden gebruikt.
Kortom, weerstandstraining en -beoordeling met behulp van statische en dynamische ladders is een haalbare methode in dieronderzoek, met een breed scala aan protocollen, afhankelijk van het doel van het onderzoek.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De corresponderende auteur zorgt ervoor dat alle auteurs geen belangenconflicten hebben.
Acknowledgments
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door het Ministerio de Economía y Competitividad, Spanje (DEP2012-39262 tot EI-G en DEP2015-69980-P tot BF-G). Met dank aan Frank Mcleod Henderson Higgins van McLeod's English Centre in Asturië, Spanje, voor taalhulp.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dynamic ladder | in-house production | ||
| Elastic adhesive bandage 6 cm x 2.5 m | BSN medical | 4005556 | |
| Gator Clip Steel NON-INSUL 10A | Digikey electronics | BC60ANP | |
| Static ladder | in-house production | ||
| Weights | in-house production | ||
| Wire for holding weigths | in-house production |
References
- Pedersen, B. K., Saltin, B. Exercise as medicine - evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 25, Suppl 3 1-72 (2015).
- Westcott, W. L. Resistance training is medicine: effects of strength training on health. Current Sports Medicine Reports. 11 (4), 209-216 (2012).
- Garatachea, N., et al. Exercise attenuates the major hallmarks of aging. Rejuvenation Research. 18 (1), 57-89 (2015).
- Codina-Martinez, H., et al. Autophagy is required for performance adaptive response to resistance training and exercise-induced adult neurogenesis. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 30 (2), 238-253 (2020).
- Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Quinn, L. S. Assessment of murine exercise endurance without the use of a shock grid: an alternative to forced exercise. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (90), e51846 (2014).
- Meijer, J. H., Robbers, Y.
- Suchomel, T. J., Nimphius, S., Bellon, C. R., Hornsby, W. G., Stone, M. H. Training for muscular strength: Methods for monitoring and adjusting training intensity. Sports Medicine. 51 (10), 2051-2066 (2021).
- Pousson, M., Perot, C., Goubel, F. Stiffness changes and fibre type transitions in rat soleus muscle produced by jumping training. Pflügers Archive. 419 (2), 127-130 (1991).
- Marqueti, R. C., et al. Biomechanical responses of different rat tendons to nandrolone decanoate and load exercise. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 21 (6), 91-99 (2011).
- Cunha, T. S., Tanno, A. P., Costa Sampaio Moura, M. J., Marcondes, F. K. Influence of high-intensity exercise training and anabolic androgenic steroid treatment on rat tissue glycogen content. Life Sciences. 77 (9), 1030-1043 (2005).
- Heinemeier, K. M., et al. Expression of collagen and related growth factors in rat tendon and skeletal muscle in response to specific contraction types. The Journal of Physiology. 582, 1303-1316 (2007).
- Hornberger, T. A., Farrar, R. P. Physiological hypertrophy of the FHL muscle following 8 weeks of progressive resistance exercise in the rat. Canadian Journal of Applied Physiology. 29 (1), 16-31 (2004).
- Yarasheski, K. E., Lemon, P. W., Gilloteaux, J. Effect of heavy-resistance exercise training on muscle fiber composition in young rats. Journal of Applied Physiology. 69 (2), 434-437 (1990).
- Khamoui, A. V., et al. Aerobic and resistance training dependent skeletal muscle plasticity in the colon-26 murine model of cancer cachexia. Metabolism. 65 (5), 685-698 (2016).
- Kregel, K. C., et al. Resource book for the design of animal exercise protocols. American Physiological Society. 152, (2006).
- Marino, G., et al. Autophagy is essential for mouse sense of balance. The Journal of Clinical Investigation. 120 (7), 2331-2344 (2010).
- Figueiredo, V. C., de Salles, B. F., Trajano, G. S. Volume for muscle hypertrophy and health outcomes: The most effective variable in resistance training. Sports Medicine. 48 (3), 499-505 (2018).
- Gentil, P., et al. Using velocity loss for monitoring resistance training effort in a real-world setting. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 43 (8), 833-837 (2018).
- Fernández-Sanjurjo, M., et al. Is physical performance (in mice) increased by Veillonella atypica or decreased by Lactobacillus bulgaricus. Journal of Sport and Health Science. 9 (3), 197-200 (2020).
- Shiguemoto, G. E., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase-2 activity and biomechanics and physical properties of bone in ovariectomized and intact rats. Scandivavian Journal of Medicine & Science in Sports. 22 (5), 607-617 (2012).
- de Sousa Neto, I. V., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase activity in skeletal muscles and blood circulation during aging. Frontiers in Physiology. 9, 190 (2018).
- Ghosh, S., Golbidi, S., Werner, I., Verchere, B. C., Laher, I. Selecting exercise regimens and strains to modify obesity and diabetes in rodents: an overview. Clinical Science. 119 (2), 57-74 (2010).
- Mônico-Neto, M., et al. Resistance training minimizes catabolic effects induced by sleep deprivation in rats. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 40 (11), 1143-1150 (2015).
- Hawley, J. A., Hargreaves, M., Joyner, M. J., Zierath, J. R.
- Booth, F. W., Laye, M. J., Spangenburg, E. E. Gold standards for scientists who are conducting animal-based exercise studies. Journal of Applied Physiology. 108 (1), 219-221 (1985).
- Kruger, K., et al. Functional and muscular adaptations in an experimental model for isometric strength training in mice. PLoS One. 8 (11), 79069 (2013).
- Hendrickse, P. W., Krusnauskas, R., Hodson-Tole, E., Venckunas, T., Degens, H. Endurance exercise plus overload induces fatigue resistance and similar hypertrophy in mice irrespective of muscle mass. Experimental Physiology. 105 (12), 2110-2122 (2020).
- Knab, A. M., et al.
- Konhilas, J. P., et al. Loaded wheel running and muscle adaptation in the mouse. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 289 (1), 455-465 (2005).
- Reiter, A., et al. Functional measures of grip strength and gait remain altered long-term in a rat model of post-traumatic elbow contracture. The Journal of Biomechanical Engineering. , (2019).
- Stieglitz, T., Schuettler, M., Schneider, A., Valderrama, E., Navarro, X. Noninvasive measurement of torque development in the rat foot: measurement setup and results from stimulation of the sciatic nerve with polyimide-based cuff electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11 (4), 427-437 (2003).
- Seo, D. Y., et al. Humanized animal exercise model for clinical implication. Pflügers Archiv. 466 (9), 1673-1687 (2014).
- Tanaka, H., Swensen, T. Impact of resistance training on endurance performance. A new form of cross-training. Sports Medicine. 25 (3), 191-200 (1998).
- Hakkinen, K., Mero, A., Kauhanen, H. Specificity of endurance, sprint and strength training on physical performance capacity in young athletes. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 29 (1), 27-35 (1989).
- Vellers, H. L., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Inter-individual variation in adaptations to endurance and resistance exercise training: genetic approaches towards understanding a complex phenotype. Mammalian Genome. 29 (1), 48-62 (2018).
