Article de méthode

Induction et évaluation des Exertional Skeletal dommages musculaires chez les humains

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DOI :

10.3791/54859

⸱

11 décembre 2016

 ,  , 
1Exercise Sciences, Brigham Young University

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Cet article décrit une méthode sûre et fiable pour induire et quantifier les lésions musculaires squelettiques à l’effort chez des sujets humains.

Résumé

les dommages musculaires induits par Contraction-via excentrique (allongement) des contractions volontaires offre un excellent modèle pour étudier l'adaptation musculaire et la récupération chez les humains. Ici, nous discutons de la conception d'un protocole d'exercice excentrique pour provoquer des lésions dans les muscles quadriceps, marqués par des changements dans la force, la douleur, et les niveaux de créatine kinase plasmatique. Cette méthode est simple, éthique, et largement applicable car elle est effectuée dans des participants humains et élimine la traduction des résultats interspécifique. Les sujets effectuent 300 contractions excentriques maximales des muscles extenseurs du genou à une vitesse de 120 ° / sec sur un dynamomètre isocinétique. L'ampleur des dégâts est mesurable à l'aide des mesures isocinétiques et isométriques relativement non-invasive de la perte de la force, la douleur, et le taux de créatine plasmatique kinase sur plusieurs jours suite à l'exercice. Par conséquent, son application peut être dirigée vers des populations spécifiques dans le but d'identifier les mécanismes de musclel'adaptation et la régénération.

Introduction

L’objectif global de cette procédure est d’induire des dommages à l’effort aux muscles du quadriceps fémoral en utilisant des contractions volontaires d’allongement (excentriques) chez les sujets humains.

Les lésions musculaires squelettiques induites par la contraction sont une conséquence fréquente de l’exercice qui est marquée par des douleurs musculaires d’apparition retardée1, une perte de force transitoire et une élévation des enzymes spécifiques musculaires dans le sang2. Les lésions musculaires à l’effort sont plus prononcées après un exercice auquel le sujet n’est pas habitué, en particulier lorsque des contractions excentriques sont impliquées3. Les lésions musculaires à l’effort sont généralement bénignes. La douleur disparaît, et les protéines sériques et la force reviennent généralement aux niveaux d’avant les dommages dans les quelques jours à quelques semaines suivant l’agression dommageable. Dans les cas extrêmes, les lésions musculaires à l’effort peuvent entraîner un syndrome potentiellement mortel connu sous le nom de rhabdomyolyse. Cependant, les lésions musculaires à l’effort sont généralement insuffisantes pour provoquer une rhabdomyolyse clinique chez les individus en bonne santé4 en l’absence de facteurs aggravants tels que le stress thermique, la déshydratation5, l’infection6 ou des prédispositions génétiques rares7.

Les lésions musculaires induites par la contraction sont généralement moins graves que les lésions induites par les toxines ou la congélation, méthodes souvent utilisées dans les études sur les rongeurs8,9. Pourtant, les blessures induites par la contraction fournissent une méthode utile pour étudier la réponse aux dommages musculaires avec des avantages notables. Tout d’abord, il s’agit d’une méthode sûre et éthique à utiliser avec des sujets humains1-3. Ainsi, la traduction interspécifique des résultats n’est pas nécessaire car les données peuvent être obtenues directement auprès de sujets humains. De plus, il est très difficile de traduire les données obtenues à partir d’études sur les rongeurs, étant donné que la gravité des blessures observées dans les modèles de blessures chez les rongeurs dépasse le niveau de dommages qu’il serait éthique d’induire chez les sujets humains. Deuxièmement, les dommages induits par la contraction sont couramment ressentis et constituent un processus naturel de l’exercice. Par conséquent, ce mode d’induction des dommages est utile pour étudier les lésions musculaires dans le contexte de l’exercice, de l’adaptation à l’exercice ainsi que des lésions musculaires manifestes. Nous décrivons ici une méthode sûre et fiable pour induire et évaluer les lésions musculaires squelettiques en utilisant des contractions d’allongement chez l’homme.

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Protocole

Les procédures suivantes sont conformes aux normes de la revue institutionnelle carte Brigham Young University (CISR).

1. Préparer les protocoles Contraction

REMARQUE: Les instructions de protocole suivantes sont basées sur le logiciel Biodex Advantage. Navigation dans le logiciel et le fonctionnement du dynamomètre sera différent si différents systèmes sont utilisés.

  1. Protocole de test de Force isocinétique
    1. Pour rendre le protocole isocinétique, logiciel de contrôle de dynamomètre ouvert sur l'ordinateur et sélectionnez l'onglet "Protocole" puis sélectionnez l'onglet "Enregistrer" sur la barre d'outils en haut de l'écran. Sélectionnez "Nouveau protocole" dans la liste déroulante.
    2. Dans la zone "Type d'étude", sélectionnez l'option "Test".
    3. Sélectionnez les paramètres suivants dans les menus déroulants: Dans le menu "Mode" select isocinétique. Dans le cadre du "Joint" menu de sélection du genou. Sous le " Pattern ". Menu de sélection extension / flexion Sélectionnez contractions concentriques pour les mouvements d'extension et de flexion Sélectionnez." Représentants "dans le cadre du" End Par "le menu déroulant.
    4. Sur le "Unilatérale" programme d'onglet 1 jeu de 3 répétitions à une vitesse de 60 ° / s pour les deux loin et vers les contractions. Pour ce faire, entrez "1" dans le champ "# ensembles" et tapez "3" dans la ligne "End By Reps". Ensuite, tapez 60 dans la «vitesse vers" "Speed ​​Away" et les lignes.
    5. Utilisez 90 ° comme le point de référence anatomique et définir gamme de limites de mouvement à environ 10 ° de distance et 110 ° vers (0 ° = pleine extension, 135 ° = Flexion complète) .Pour ce faire, sélectionnez le bouton "set ROM" sur le côté gauche de l'écran. Calibrer le bras de levier de telle sorte que 90 ° est parallèle au sol (comme indiqué en utilisant l'indicateur d'angle de bras de levier prévu sur l'écran d'ordinateur). Ensuite, en utilisant 90 ° comme re anatomiquepoint de conférence, définir la plage des limites de mouvement à environ 10 ° de distance et 110 ° vers (0 ° = extension complète, 135 ° = flexion complète).
      REMARQUE: Les réglages d'angle conjoints donnés ici sont préférés, mais ces paramètres doit être modifiée au cas par cas, en particulier lorsque l'on travaille avec des sujets avec une déformation de flexion fixe ou une autre limitation.
    6. Nommez le protocole dans le champ "Description" en bas à gauche de l'écran et sélectionnez le bouton Enregistrer dans la barre de menu supérieure.
  2. Protocole de test de force isométrique
    1. Répétez les étapes 1.1.1 pour commencer à faire le protocole isométrique.
    2. Sélectionnez l'option "Test" de la boîte "Type d'étude".
    3. Sélectionnez les paramètres suivants dans les menus déroulants: Dans le menu "Mode", sélectionnez "isométrique". Dans le menu "Joint", sélectionnez "genou". Dans le menu "Pattern", sélectionnez "extension / flexion". Dans le cadre du "contraction Direction "menu, sélectionnez" away ". Dans la" fin par "menu, sélectionnez" représentants ".
    4. Programmer un test avec 1 jeu de 3 contractions isométriques durant 5 secondes chacun à un angle d'articulation de 70 °. Pour cela, tapez "1" faire dans le champ "Positions" sur l'onglet "Unilatérale". En vertu de la position # 1 colonne, tapez "3" dans la ligne "End par Reps". Dans la ligne intitulée "Angle" sélectionner "70".
    5. Sélectionnez 90 ° que le point de référence anatomique et une limite de distance à 70 °.
    6. Nommez le protocole dans le champ "Description" en bas à gauche de l'écran et sélectionnez le bouton Enregistrer dans la barre de menu supérieure.
  3. Muscle Damaging Protocole Exercice Excentrique
    1. Pour rendre le protocole d'exercice excentrique, logiciel de contrôle de dynamomètre ouvert sur l'ordinateur et sélectionnez l'onglet "Protocole". Ensuite, sélectionnez l'onglet "Enregistrer" sur la barre d'outils en haut de l'écran. Maintenant, cliquez sur "Nouveau protocole &# 34; dans la liste déroulante.
    2. Sélectionnez l'option "d'exercice" dans la boîte "Type d'étude".
    3. Sélectionnez les paramètres suivants dans les menus déroulants: Dans le menu "Mode", sélectionnez "isocinétique". Dans le menu "Joint", sélectionnez "genou". Dans le menu "Pattern", sélectionnez "Extension / Flexion". Sous le menu "Contraction" select "Con / ECC".
    4. Dans l'onglet "Unilatérale", programme 10 séries de 10 répétitions à des vitesses de 180 ° / s à une distance de 120 ° / s vers 60 sec de repos entre les séries.
      1. Tapez "10" dans le champ "# Sets".
      2. Dans la première colonne (étiqueté n ° 1), le type "10" dans la ligne intitulée "End par Reps". Ensuite, tapez "180" dans la rangée suivante intitulée "Speed ​​Away". Dans la rangée suivante intitulée "Speed ​​Vers", type "120". Dans la ligne intitulée "couple", type 200 à 600 selon la force prévue des sous réserve.
      3. Répétez l'étape 1.3.4.2 pour les ensembles # 2 à # 10.
      4. Type de 60 dans le "temps de repos en secondes" champ.
    5. Tapez 90 ° dans le champ "Anatomical Référence".
    6. Sélectionnez le bouton "Set ROM" sur le côté gauche de l'écran et définir gamme de limites de mouvement à 40 ° et 110 ° loin vers (0 ° = extension complète, 135 ° = flexion complète). Ces paramètres fournissent l'amplitude du mouvement par lequel le sujet doit fournir une résistance contre le bras du dynamomètre. Par mesure de sécurité, le dynamomètre arrête de se déplacer si le sujet cesse de fournir la résistance dans cette plage spécifiée de mouvement.
      1. Pour définir l'amplitude de mouvement, sélectionnez le bouton "ROM mis" sur le côté gauche de l'écran. Calibrer le bras de levier de telle sorte que 90 ° est parallèle au sol (comme indiqué en utilisant l'indicateur d'angle de bras de levier prévu sur l'écran d'ordinateur). Ensuite, en utilisant 90 ° comme le point de référence anatomique, set la gamme des limites de mouvement à 40 ° et 110 ° loin vers (0 ° = extension complète, 135 ° = flexion complète).
        NOTE: Ces réglages d'angle conjoints sont des suggestions pour un sujet sain typique. Ceux-ci devraient être modifiés pour adapter les capacités d'un individu à l'autre.
    7. Nommez le protocole dans le champ "Description" et sélectionnez le bouton «Enregistrer» à la barre d'outils supérieure.

2. Mesures de base

  1. mesures endolorissement
    1. Faire une échelle visuelle analogique en traçant une ligne de 100 mm horizontalement sur une page.
    2. Sur le côté gauche de la ligne indique "Aucune douleur" et sur le côté droit de la ligne indique «douleur extrême» (figure 1). Cette méthode est couramment utilisée pour évaluer d'apparition retardée douleur musculaire 1,10,11.
    3. Instruire le sujet à faire deux squats de poids corporel. Effectuer les deux squats avec straigh bras tendust en face de l'épaules et les pieds la largeur des épaules. Une bonne profondeur est atteinte lorsque les cuisses sont parallèles au sol avant de revenir à la position de départ.
    4. Demandez au sujet d'indiquer l'intensité de la douleur qu'il a ressenti dans les quadriceps fémoral muscles pendant les squats en traçant une ligne verticale à l'endroit approprié sur l'échelle visuelle analogique.
    5. Quantifier le niveau de la douleur du sujet en mesurant la distance en millimètres de la fin de non-douleur de l'échelle visuelle analogique à la marque de sujet.
  2. Sérum Créatine Kinase
    ATTENTION: Porter des gants de protection avant de manipulation du sang et éliminer les aiguilles immédiatement après usage dans un récipient de dièses conformément à la politique de l'université ou de l'hôpital.
    1. Suivez les procédures de phlébotomie normalisées pour retirer le sang de la région du coude du bras du sujet dans des conditions de jeûne pour obtenir 5 à 6 ml de sang 12.
    2. Centrifugeuse leéchantillon de sang à 15 xg pendant 15 min à 3 ° C pour séparer le sérum des cellules sanguines.
    3. En utilisant une pipette de transfert, transférer l'échantillon de sérum dans un tube de microcentrifugeuse étiquetés de manière appropriée pour le point objet et le temps.
    4. Conserver l'échantillon à -80 ° C pour une utilisation ultérieure.
    5. Le dosage des échantillons de sérum pour l'activité de la créatine kinase en utilisant un kit disponible dans le commerce selon le protocole du fabricant. En variante, les échantillons de sérum peuvent être transportés vers un laboratoire de diagnostic médical local pour l'analyse.
  3. Préparation Objet
    1. Quarante-huit heures avant la visite du sujet, demandez-leur d'éviter l'exercice intense ou inhabituelle, la drogue et l'alcool anti-inflammatoires non stéroïdiens.
    2. Lorsque le sujet arrive, recueillir des poids, la taille, le sexe, et la jambe d'information de dominance avant l'installation. Leg domination peut être déterminée en demandant au sujet de quelle jambe, ils choisissent de taper dans un ballon.
    3. Avoir la subject réchauffer à 50 à 150 W pendant 10 minutes sur une bicyclette ergométrique avant d'effectuer les tests de résistance.
    4. Après le warm-up demander au sujet de s'asseoir dans le fauteuil du dynamomètre. Réglez l'inclinaison, hauteur, profondeur, inclinaison et rotation du bras de siège et de l'arbre en fonction du sujet. Utiliser le condyle latéral du fémur en tant que référence et d'aligner l'axe de rotation du genou avec celui du bras de l'axe du banc d'essai. Ajuster la longueur du bras de l'arbre de sorte qu'il est juste à proximité de la malléole interne, et le fixer avec sangle. Sous réserve devrait pouvoir plantaires flex confortablement avec la gamme complète de mouvement.
    5. Laisser un espace suffisant (25 mm) entre le bord avant du siège et le dos de la jambe afin de permettre la flexion maximale de l'articulation du genou sans pincement ou d'inconfort.
    6. Stabiliser sujet avec l'épaule, de la hanche, de la cheville et de la cuisse sangles. Pour isoler les extenseurs du genou et d'éviter l'atteinte musculaire accessoire, il est essentiel que le sujet soit solidement stabilisé.
    7. Avoir le sujet effectuer3-5 extension de la pratique des manœuvres / de flexion du genou, plage de surveillance du mouvement et des signes d'inconfort qui peuvent exister avant le début du protocole de contraction, et ajuster au besoin.
    8. Maintenant que les composantes réglables du dynamomètre sont correctement montés sur le sujet, enregistrer les paramètres de la position du siège et le bras de l'arbre poste pour une configuration reproductible lors de visites ultérieures.
      NOTE: Il est important que le sujet est sûr et confortable. Le dynamomètre est équipé d'un bouton d'arrêt d'urgence à la fois le sujet et l'opérateur dans le cas d'une situation d'urgence.
  4. mesure de la force
    1. Après le sujet est correctement orienté dans le siège et le protocole d'essai de force isométrique est chargé, d'instruire le sujet sur la façon d'effectuer le test.
      1. Dites au sujet qu'il ou elle sera contracte contre le bras de levier qui va rester stationnaire. Dites le sujet à suivre les instructions de l'écran d'ordinateur faisant 3 contractions durant 5 sec each.
      2. Dites au sujet de maintenir un effort maximal pour chaque contraction. Dites au sujet de respirer pendant les contractions. Demandez au sujet de croiser les bras sur la poitrine pendant le test.
      3. Démarrez le protocole isométrique et permettre au sujet de pratiquer le test avec un effort submaximal. Cet essai de pratique va familiariser le sujet à l'essai ainsi que de fournir un échauffement spécifique au test. Laisser le sujet de pratiquer le test 2 à 3 fois.
    2. Une fois que le sujet est prêt, démarrer le test et verbalement encourager le sujet à fournir un effort maximal pour chaque contraction.
    3. Enregistrer le couple, la puissance et le travail. Le logiciel calcule également le coefficient de variance (une représentation statistique de la validité du test basé sur la reproductibilité de la performance, des valeurs plus faibles indiquent une reproductibilité élevée). Si le coefficient de variation est supérieur à 15%, répéter le test. Répétez le test jusqu'à 4 fois. Si le sujet est incapable de produire un coefficient of variance inférieure à 15% après 4 tentatives d'utiliser les données de l'ensemble qui a donné le coefficient le plus bas de la valeur de la variance.
    4. Autoriser le sujet deux à trois minutes pour se reposer, puis charger le protocole isocinétique pour obtenir des données isocinétique de résistance.
    5. Après le sujet est fixé sur le siège, instructions sur la façon d'effectuer le test isocinétique.
      1. Dites-le sujet qu'ils vont faire trois extension et la flexion des contractions contre le bras de levier qui se déplacera à un taux fixe. Dites au sujet de l'objectif est de se contracter avec autant de force que possible sur toute la plage de mouvement pour chaque contraction.
      2. Dites-leur que le bras de levier arrêtera quand ils atteignent la fin de l'amplitude du mouvement. Demandez au sujet de croiser ses bras sur la poitrine pendant le test. Rappelez au sujet de ne pas retenir leur souffle pendant les contractions
        NOTE: Bien que les données recueillies à partir de la composante de flexion de la contraction peuvent ne pas être d'intérêt pour le chercheur, subjète qui fournissent un effort maximal tant pour la flexion et d'extension manœuvres ont tendance à donner une meilleure cohérence de la force lors de la manœuvre d'extension.
    6. Lancer le test et verbalement encourager le sujet à fournir un effort maximal.
    7. Enregistrer le couple, la puissance et le travail. Le logiciel calcule également le coefficient de variance (une représentation statistique de la validité du test basé sur la reproductibilité de la performance, des valeurs plus faibles indiquent une reproductibilité élevée). Si le coefficient de variation est supérieur à 15%, répéter le test.
      1. Répétez le test jusqu'à 4 fois. Si le sujet est incapable de produire un coefficient de variance inférieure à 15% après 4 tentatives, utiliser les données de l'ensemble qui a donné le coefficient le plus bas de la valeur de la variance.

Induction 3. Dommages

  1. Un à trois jours après les mesures de base de la partie 2, ont fait l'objet de retour au laboratoire pour la partie des dommages d'induction duprotocole
  2. Avoir le sujet d'échauffement sur ergocycle pendant 10 min à 50 à 150 W.
  3. Après l'échauffement, orienter et sécuriser le sujet dans le dynamomètre, en utilisant les paramètres de réglage enregistrés à l'étape 2.3.7, charger le muscle endommager protocole d'exercice excentrique et charger le sujet sur la façon d'effectuer correctement l'exercice.
    1. Dites-le sujet qu'ils vont contracter contre le bras de levier pour lancer le mouvement du bras de l'arbre pour chaque contraction. Dites-le sujet que le bras de l'arbre se déplace vers eux à un taux fixe, leur but est de se contracter contre elle avec autant de force que possible.
    2. Permettre à la personne de saisir les poignées situées de part et d'autre du siège.
    3. Dites au sujet de respirer pendant les contractions; expirez pendant la phase excentrique.
  4. Lorsque le sujet est prêt, commencer la première série de contractions en appuyant sur le bouton de démarrage sur l'écran.
  5. Verbalement encourager le sujet à maintenir ef maximalefort pour chaque contraction.
  6. Suivez les instructions à l'écran qui guidera le sujet à travers 10 séries de 10 répétitions avec une période de repos de 1 min entre les séries.
  7. Une fois que 10 jeux sont terminés permettent le sujet 1 à 5 min pour se reposer avant de répéter le protocole.
    NOTE: Le nombre maximal de jeux disponibles dans le cadre du protocole excentrique est de 10 mais cela peut varier en fonction du dynamomètre et des logiciels utilisés. Le reste du temps fournit à l'opérateur de recharger le protocole si nécessaire.
  8. Répétez la procédure deux fois plus pour un total de 300 contractions principalement excentriques.

4. Muscle Damage Assessment

  1. Répétez les deux isocinétique et des tests de résistance isométrique comme décrit dans 2.4 immédiatement après l'exercice dommageable et à 24, 48, 72, et 96 heures après.
  2. Répéter la mesure de la douleur comme décrit dans la partie 2.1 à 24, 48, 72, et 96 heures après avoir endommagé l'exercice. Veillez à utiliser une nouvelle échelle visuelle analogique pour chaqueévaluation afin que le sujet ne peut pas voir leurs réponses précédentes.
  3. Répétez le prélèvement sanguin tel que décrit dans la partie 2.2 pour le dosage de la créatine kinase à 48 et 120 heures après avoir endommagé l'exercice, ou à des points de temps dictés par le protocole expérimental.
  4. Tracer les données de la créatine kinase, la force et la douleur sur l'axe Y d'un graphe en fonction du temps sur l'axe des abscisses.
  5. Observez comment ces variables écartent et retournent vers les valeurs de base dans les jours suivants l'exercice, ce qui indique des dommages et réparation, respectivement.

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Résultats

En utilisant les méthodes présentées ici, la douleur de base, l'activité de la créatine kinase sérique, et la force des mesures (isométriques et isocinétiques) ont été prises en 7 jeunes hommes non entraînés. Le lendemain, les sujets ont subi le muscle endommager protocole de contraction excentrique décrit ci-dessus. Pour fournir des indices de dommages musculaires, suivi des évaluations de la force, la douleur et l'activité de la créatine kinase sérique ont été faites. Force a é...

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Discussion

Plusieurs étapes sont essentielles à l'obtention des résultats escomptés de ce protocole. Tout d'abord, les sujets doivent être familiarisés adéquatement aux protocoles de contraction, en particulier les mesures de force. Assurez-vous que le sujet comprend exactement ce qu'ils sont censés faire et leur donner l'occasion de pratiquer les tests de résistance avant la collecte des données. Les sujets qui ne sont pas suffisamment familiarisés avec ces procédures peuvent montrer une courbe d'apprentissage...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Les auteurs n’ont aucune reconnaissance.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Dynomomètre BiodexBiodex Medical Systems850-000D’autres modèles sont disponibles et devraient donner des résultats similaires Kit
Créatine KinaseSigma-Aldrich  ;MAK116
Serum VacutainersBD Bioscience367812
Kit de prélèvement sanguin à bouton-poussoir de sécurité ailéBD Bioscience367338
Flacons cryogéniquesSigma-AldrichV5007Nous utilisons le 2  ; flacons ML pour stocker les aliquotes sériques

Références

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Mots-clés

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