Articolo metodologico

Induzione e valutazione di Exertional scheletrico danno muscolare negli esseri umani

DOI:

10.3791/54859

⸱

11 dicembre 2016

 ,  , 
1Exercise Sciences, Brigham Young University

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo articolo descrive un metodo sicuro e affidabile per indurre e quantificare il danno muscolare scheletrico da sforzo in soggetti umani.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

danno muscolare contrazione indotta tramite (allungamento) contrazioni volontarie eccentriche offre un ottimo modello per studiare l'adattamento e il recupero muscolare negli esseri umani. Qui si discute il disegno di un protocollo di esercizio eccentrico per indurre danni nei muscoli quadricipiti, segnati da cambiamenti nella forza, dolore, e livelli di creatina chinasi plasma. Questo metodo è semplice, etico e ampiamente applicabile poiché viene eseguita in soggetti umani ed elimina la traduzione interspecie dei risultati. Soggetti eseguono 300 massime contrazioni eccentriche dei muscoli estensori del ginocchio alla velocità di 120 ° / sec su un dinamometro isocinetico. L'entità del danno è misurabile attraverso misure isocinetica e isometrica relativamente non-invasive di perdita di forza, dolore, e livelli di creatina chinasi nel plasma di diversi giorni a seguito dell'esercizio. Pertanto, la sua applicazione può essere diretto a specifiche popolazioni nel tentativo di identificare meccanismi per muscoloadattamento e rigenerazione.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'obiettivo generale di questa procedura è indurre un danno da sforzo ai muscoli del quadricipite femorale utilizzando contrazioni di allungamento volontario (eccentriche) in soggetti umani.

Il danno muscolare scheletrico indotto dalla contrazione è una conseguenza comune dell'esercizio che è caratterizzata da indolenzimento muscolare a insorgenza ritardata1, perdita di forza transitoria ed enzimi muscolo-specifici elevati nel sangue2. Il danno muscolare da sforzo è più pronunciato dopo l'esercizio a cui il soggetto non è abituato, in particolare quando sono coinvolte contrazioni eccentriche3. Il danno muscolare da sforzo è tipicamente benigno. Il dolore si attenua e sia le proteine sieriche che la forza in genere tornano ai livelli pre-danno entro pochi giorni o settimane dopo l'insulto dannoso. In casi estremi, il danno muscolare da sforzo può portare a una sindrome pericolosa per la vita nota come rabdomiolisi. Tuttavia, il danno muscolare da sforzo è solitamente insufficiente a causare rabdomiolisi clinica in individui sani4 in assenza di fattori composti tra cui stress da calore, disidratazione5, infezione6 o rare predisposizioni genetiche7.

Il danno muscolare indotto dalla contrazione è tipicamente meno grave del danno indotto da tossine o dal congelamento, metodi spesso utilizzati negli studi sui roditori8,9. Tuttavia, la lesione indotta dalla contrazione fornisce un metodo utile per studiare la risposta al danno muscolare con notevoli vantaggi. Innanzitutto, è un metodo sicuro ed etico per l'uso con soggetti umani1-3. Pertanto, la traduzione interspecie dei risultati non è necessaria in quanto i dati possono essere ottenuti direttamente da soggetti umani. Inoltre, tradurre i dati ottenuti dagli studi sui roditori è molto difficile dato che la gravità delle lesioni osservate nei modelli di lesioni dei roditori supera il livello di danno che sarebbe etico indurre nei soggetti umani. In secondo luogo, il danno indotto dalla contrazione è comunemente sperimentato ed è un processo naturale di esercizio. Pertanto, questa modalità di induzione del danno è utile per studiare il danno muscolare nel contesto dell'esercizio, l'adattamento all'esercizio e la lesione muscolare conclamata. Qui descriviamo un metodo sicuro e affidabile per indurre e valutare il danno muscolare scheletrico utilizzando contrazioni di allungamento nell'uomo.

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Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le seguenti procedure sono conformi alle norme della revisione istituzionale bordo Brigham Young University (IRB).

1. Preparare i protocolli Contrazione

NOTA: Le seguenti istruzioni di protocollo sono basati sul software Biodex Advantage. Navigazione del software e della gestione del dinamometro sarà diverso se vengono utilizzati sistemi diversi.

  1. Forza Isokinetic protocollo di prova
    1. Per rendere il protocollo isocinetico, il software di controllo aperta al banco dinamometrico del computer e selezionare la scheda "Protocollo" e quindi selezionare la scheda "Record" sulla barra degli strumenti sulla parte superiore dello schermo. Selezionare "Nuovo protocollo" dal menu a tendina.
    2. Nella casella "Studio Type", selezionare l'opzione "Test".
    3. Selezionare i seguenti parametri dal menu a discesa: Sotto il menu "Mode" selezionare Isokinetic. Nel menu di selezione del ginocchio "Joint". Sotto il " Pattern ". Menu di selezione di estensione / flessione Selezionare contrazioni concentriche per entrambi i movimenti di estensione e flessione Selezionare." Ripetizioni "sotto la" End di "menu a discesa.
    4. Sul "unilaterale" programma scheda 1 serie di 3 ripetizioni ad una velocità di 60 ° / sec sia la distanza e verso contrazioni. Per fare questo, inserire "1" nel campo "# set" e digitare "3" nella riga "End da Reps". Quindi digitare 60 sia nella "velocità verso" "Speed ​​Away" e le righe.
    5. Utilizzare 90 ° come il punto di riferimento anatomici e impostare serie di limiti di movimento a circa 10 ° di distanza e 110 ° verso (0 ° = estrazione totale, 135 ° = Flessione completa) .Per fare questo, selezionare il pulsante "set ROM" sul lato sinistro dello schermo. Calibrare il braccio leva in modo che il 90 ° è parallela al pavimento (come indicato usando l'indicatore di angolo braccio di leva fornito sullo schermo del computer). Quindi, utilizzando 90 ° come il re anatomicapunto conferenza, impostare l'intervallo dei limiti di movimento a circa 10 ° di distanza e 110 ° verso (0 ° = estensione completa, 135 ° = flessione completa).
      NOTA: Le impostazioni angolo articolare qui riportati sono da preferire, tuttavia queste impostazioni dovrebbe essere modificata caso per caso, soprattutto quando si lavora con i soggetti con una deformità in flessione fissa o altra limitazione.
    6. Assegnare un nome al protocollo nel campo "Descrizione" in basso a sinistra dello schermo e selezionare il pulsante Salva sulla barra dei menu in alto.
  2. Forza isometrica protocollo di prova
    1. Ripetere passaggi 1.1.1 per cominciare a fare il protocollo isometrica.
    2. Selezionare l'opzione "Test" dalla casella "Studio Type".
    3. Selezionare i seguenti parametri dal menu a discesa: Sotto il menu "Modo" selezionare "isometrica". Sotto il menu "comune" selezionare "ginocchio". Sotto il menu "Pattern" selezionate "estensione / flessione". Sotto la "contraction Direction "menù selezionare" via ". Nel" End di menu "selezionare" ripetizioni ".
    4. Programmazione di un test con 1 set di 3 contrazioni isometriche della durata di 5 secondi ciascuno ad un angolo congiunta di 70 °. Per fare questo, digitare "1" nel campo "Posizioni" della scheda "unilaterale". Sotto la posizione # 1 della colonna, tipo "3" nella riga "End da Reps". Nella riga etichettata "Angolo" selezionare "70".
    5. Selezionare 90 ° come punto di riferimento anatomico e un limite di distanza a 70 °.
    6. Assegnare un nome al protocollo nel campo "Descrizione" in basso a sinistra dello schermo e selezionare il pulsante Salva sulla barra dei menu in alto.
  3. Muscle Danneggiare eccentrico di esercitazione protocollo
    1. Per rendere il protocollo di esercizio eccentrico, software di controllo aperta al banco dinamometrico del computer e selezionare la scheda "Protocollo". Quindi selezionare la scheda "Record" sulla barra degli strumenti sulla parte superiore dello schermo. Ora cliccate su "Nuovo protocollo &# 34; dall'elenco a discesa.
    2. Selezionare l'opzione "Esercizio" dalla casella "Studio Type".
    3. Selezionare i seguenti parametri dal menu a discesa: Sotto il menu "Modo" selezionare "isocinetica". Sotto il menu "comune" selezionare "ginocchio". Sotto il menu "Pattern" selezionate "estensione / flessione". Sotto il menu "Contrazione" selezionare "Con / ECC".
    4. Nella scheda "unilaterale", programma di 10 serie da 10 ripetizioni con velocità di 180 ° / sec di distanza e 120 ° / sec verso con 60 sec di riposo tra le serie.
      1. Tipo "10" nel campo "# Imposta".
      2. Nella prima colonna (l'etichetta # 1), digitare "10" nella riga etichettata "End da Reps". Quindi digitare "180" nella riga successiva con l'etichetta "velocità di distanza". Nella riga successiva con l'etichetta "velocità verso", tipo "120". Nella riga etichettata "Torque", tipo 200 e 600 a seconda della forza anticipata dei salve.
      3. Ripetere il passaggio 1.3.4.2 per i set # 2 al # 10.
      4. Tipo 60 nel "Resto tempo in secondi" campo.
    5. Tipo 90 ° nel campo "anatomica di riferimento".
    6. Selezionare il pulsante "Set ROM" sul lato sinistro dello schermo e impostare limiti di campo di movimento a distanza 40 ° e 110 ° verso (0 ° = estensione completa, 135 ° = flessione completa). Queste impostazioni forniscono la gamma di movimento attraverso cui il soggetto deve fornire resistenza contro il braccio del dinamometro. Come precauzione di sicurezza, il dinamometro smetterà di muoversi se il soggetto smette di fornire la resistenza all'interno di questo intervallo specificato di movimento.
      1. Per impostare l'intervallo di movimento, selezionare il pulsante "set ROM" sul lato sinistro dello schermo. Calibrare il braccio leva in modo che il 90 ° è parallela al pavimento (come indicato usando l'indicatore di angolo braccio di leva fornito sullo schermo del computer). Quindi, utilizzando 90 ° come punto di riferimento anatomici, set la gamma dei limiti di movimento a distanza di 40 ° e 110 ° verso (0 ° = estensione completa, 135 ° = flessione completa).
        NOTA: Queste impostazioni angolari comuni sono suggerimenti per un soggetto tipico sano. Questi dovrebbero essere modificati per adattarsi alle abilità da un individuo all'altro.
    7. Assegnare un nome al protocollo nel campo "Descrizione" e selezionare il pulsante "Salva" nella barra degli strumenti in alto.

2. Misure basali

  1. Misure indolenzimento
    1. Fai una scala analogica visiva disegnando una linea da 100 mm in orizzontale in una pagina.
    2. Sul lato sinistro della linea indica "No dolore" e sul lato destro della linea indica "dolore Extreme" (Figura 1). Questo metodo è comunemente utilizzato per valutare insorgenza ritardata dolore muscolare 1,10,11.
    3. Istruire il soggetto a fare due squat di peso corporeo. Eseguire entrambe squat con straigh braccia tenutot fuori di fronte alla spalle e piedi alla larghezza delle spalle. profondità corretta è raggiunta quando le cosce siano parallele al pavimento prima di ritornare alla posizione iniziale.
    4. Chiedi al soggetto di indicare l'intensità del dolore lui o lei sentiva del quadricipite femorale muscoli durante gli squat tracciando una linea verticale nel punto appropriato sulla scala analogica visiva.
    5. Quantificare il livello del soggetto di dolore misurando la distanza in millimetri dalla fine no-dolore della scala analogica visiva al marchio del soggetto.
  2. Creatina chinasi serica
    ATTENZIONE: Indossare guanti di protezione prima di maneggiare sangue e smaltire aghi immediatamente dopo l'uso in un apposito contenitore come da ospedale o politica universitaria.
    1. Seguire le procedure standardizzate salasso di ritirare il sangue dalla regione antecubitale del braccio del soggetto in condizioni di digiuno per ottenere 5 a 6 ml di sangue 12.
    2. Centrifuga lacampione di sangue a 15 xg per 15 min a 3 ° C per separare il siero dalle cellule del sangue.
    3. Usando una pipetta di trasferimento, trasferire il campione di siero in una provetta etichettata in modo appropriato per punto del soggetto e del tempo.
    4. Conservare il campione a -80 ° C per un uso successivo.
    5. Analizzare i campioni di siero per l'attività di creatin-chinasi utilizzando un kit disponibile in commercio secondo il protocollo del produttore. In alternativa, i campioni di siero possono essere trasportati in un laboratorio medico diagnostico locale per l'analisi.
  3. soggetto Preparazione
    1. Quarantotto ore prima della visita del soggetto, istruirli per evitare un intenso esercizio fisico o non abituati, droga e alcol non steroidei anti-infiammatori.
    2. Quando il soggetto arriva, raccogliere il peso, l'altezza, il sesso, e la gamba informazioni predominio prima configurazione. Leg dominio può essere determinata chiedendo al soggetto con cui gamba loro avrebbero scelto di calciare un pallone.
    3. Avere la subject riscaldamento da 50 a 150 W per 10 minuti su un cicloergometro prima di eseguire le prove di resistenza.
    4. Dopo il warm-up chiedere al soggetto di sedersi sulla sedia del dinamometro. Regolare l'inclinazione, altezza, profondità e inclinazione e rotazione del sedile e dell'albero del braccio per adattarsi al soggetto. Utilizzare il condilo femorale laterale come riferimento e allineare l'asse di rotazione del ginocchio con quello del tubo di trasmissione dinamometro. Regolare la lunghezza del braccio dell'albero in modo che sia solo prossimale al malleolo mediale, e fissare con cinturino. Soggetto dovrebbe essere in grado di plantare flessibile comodamente con gamma completa di movimento.
    5. Lasciare spazio sufficiente (25 mm) tra il bordo anteriore del sedile e la parte posteriore della gamba per consentire massima flessione del ginocchio senza pizzicare o disagio.
    6. Stabilizzare soggetto con le cinghie di spalla, anca, caviglia e alla coscia. Per isolare estensori del ginocchio ed evitare muscoli coinvolgimento accessoria, è essenziale che il soggetto essere stabilizzato in modo sicuro.
    7. Avere eseguire il soggetto3-5 pratica estensione manovre / flessione del ginocchio, la gamma del monitor di movimento e segni di disagio che possono esistere prima di iniziare il protocollo di contrazione, e regolare come necessario.
    8. Ora che i componenti regolabili del banco sono correttamente montati sul soggetto, registrare la posizione impostazioni della posizione del sedile e tubo di trasmissione per la configurazione ripetibile nelle visite successive.
      NOTA: È importante che il soggetto è sicuro e confortevole. Il banco è dotato di un pulsante di arresto di emergenza sia per il soggetto e l'operatore in caso di emergenza.
  4. misura della forza
    1. Dopo il soggetto è orientato correttamente nella sede e il protocollo di test forza isometrica viene caricato, istruire il soggetto su come eseguire il test.
      1. Dite al soggetto che lui o lei sarà contrae contro il braccio di leva che rimarrà fermo. Dillo al soggetto di seguire le istruzioni dello schermo del computer facendo 3 contrazioni della durata di 5 sec each.
      2. Dite al soggetto per mantenere lo sforzo massimo per ogni contrazione. Dite al soggetto di respirare durante le contrazioni. Chiedi al soggetto di incrociare le braccia sul petto durante la prova.
      3. Avviare il protocollo isometrica e permettere al soggetto di praticare il test con sforzo submassimale. Questa prova pratica sarà di familiarizzare il soggetto alla prova, oltre a fornire un warm-up specifico per il test. Lasciare il soggetto di praticare il test 2 a 3 volte.
    2. Una volta che il soggetto è pronto, avviare il test e verbalmente incoraggiare l'oggetto di fornire massimo sforzo per ogni contrazione.
    3. Record coppia, potenza, e il lavoro. Il software calcola anche il coefficiente di variazione (una rappresentazione statistica di validità test basato sulla riproducibilità delle prestazioni, valori più bassi indicano maggiore riproducibilità). Se il coefficiente di variazione supera il 15%, ripetere il test. Ripetere il test fino a 4 volte. Se il soggetto non è in grado di produrre un coefficiente of varianza meno del 15% dopo 4 tentativi utilizzare i dati dal set che ha prodotto il più basso coefficiente di valore varianza.
    4. Lasciare che il soggetto da due a tre minuti di riposo, e poi caricare il protocollo isocinetico per ottenere i dati di forza isocinetica.
    5. Dopo che il soggetto è assicurato sul sedile, istruire su come eseguire il test isocinetico.
      1. Dite al soggetto che saranno facendo tre estensione e flessione contrazioni contro il braccio di leva che si sposta a tasso fisso. Dite al soggetto l'obiettivo è quello di contrarre con forza quanto più possibile in tutta la gamma di movimento per ogni contrazione.
      2. Dì loro che il braccio di leva si ferma quando raggiungono la fine della gamma di movimento. Chiedi al soggetto di incrociare le braccia sul petto durante la prova. Ricordare al soggetto di non trattenere il respiro durante le contrazioni
        NOTA: Mentre i dati raccolti dal componente di flessione della contrazione, non possono essere di interesse per il ricercatore, SubjECTS che forniscono massimo sforzo sia per la flessione ed estensione manovre tendono a produrre una maggiore coerenza forza durante la manovra di estensione.
    6. Avviare il test e verbalmente incoraggiare l'oggetto di fornire massimo sforzo.
    7. Record coppia, potenza, e il lavoro. Il software calcola anche il coefficiente di variazione (una rappresentazione statistica di validità test basato sulla riproducibilità delle prestazioni, valori più bassi indicano maggiore riproducibilità). Se il coefficiente di variazione supera il 15%, ripetere il test.
      1. Ripetere il test fino a 4 volte. Se il soggetto non è in grado di produrre un coefficiente di variazione inferiore al 15% dopo 4 tentativi, utilizzare i dati dalla serie che ha prodotto il più basso coefficiente di valore varianza.

3. Danni induzione

  1. Da uno a tre giorni dopo la misurazioni di base della Parte 2, hanno il ritorno soggetto al laboratorio per la porzione danni induzione dellaprotocollo
  2. Hanno il soggetto warm-up su un cicloergometro per 10 minuti a 50 a 150 W.
  3. Dopo il warm-up, orientare e fissare il soggetto in dinamometro utilizzando le impostazioni di regolazione registrati in fase 2.3.7, caricare il muscolo danneggiare protocollo di esercizio eccentrico e istruire il soggetto su come eseguire correttamente l'esercizio.
    1. Dì oggetto che si contrarrà contro il braccio di leva per avviare il movimento del tubo di trasmissione per ogni contrazione. Dite al soggetto che, come il tubo di trasmissione si muove verso di loro a tasso fisso, il loro obiettivo è quello di contrarre contro di essa, come forza possibile.
    2. Consentire al soggetto di afferrare le impugnature situate su entrambi i lati del sedile.
    3. Dite al soggetto di respirare durante le contrazioni; espirare durante la fase eccentrica.
  4. Quando il soggetto è pronto, avviare la prima serie di contrazioni premendo il pulsante di avvio sullo schermo.
  5. Verbalmente incoraggiare l'oggetto di mantenere la massima efforte per ogni contrazione.
  6. Seguire le istruzioni sullo schermo che guiderà il soggetto attraverso 10 serie da 10 ripetizioni con un intervallo di 1 minuto tra le serie.
  7. Una volta 10 set vengono completati consentono al soggetto 1 a 5 min a riposare prima di ripetere il protocollo.
    NOTA: Il numero massimo di set disponibili nell'ambito del protocollo eccentrico è di 10 ma questo può variare a seconda del dinamometro e software utilizzati. Il resto fornisce il tempo per l'operatore per ricaricare il protocollo se necessario.
  8. Ripetere la procedura altre due volte per un totale di 300 contrazioni prevalentemente eccentriche.

4. muscolare valutazione dei danni

  1. Ripetere sia Isokinetic e prove di forza isometrica come descritto in 2.4 immediatamente dopo l'esercizio dannosi e dopo 24, 48, 72, e 96 ore dopo.
  2. Ripetere la misurazione dolore, come descritto nella parte 2.1 a 24, 48, 72, e 96 ore dopo aver danneggiato l'esercizio. Assicurarsi di utilizzare una nuova scala analogica visiva per ognila valutazione in modo che il soggetto non può vedere le loro risposte precedenti.
  3. Ripetere l'estrazione del sangue, come descritto nella parte 2.2 per il saggio creatina chinasi a 48 e 120 ore dopo aver danneggiato esercizio, o in punti temporali dettati dal protocollo sperimentale.
  4. Tracciare i dati creatina chinasi, resistenza e indolenzimento sul l'asse y di un grafico contro il tempo su l'asse x.
  5. Osservare come queste variabili si discostano da e tornano ai valori basali nei giorni seguenti l'esercizio, indicando i danni e la riparazione, rispettivamente.

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Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Utilizzando i metodi qui presentati, dolore al basale, il siero di attività creatina chinasi, e la forza (isometrica e isocinetica) dati sono rilevati in 7 giovani uomini non allenati. Il giorno seguente, i soggetti sono stati sottoposti al muscolo danneggiare eccentrica protocollo contrazione sopra descritto. Per fornire gli indici di danno muscolare, follow-up valutazioni di forza, dolore e siero attività chinasi della creatina sono state fatte. Forza è stata misurata immediatamente do...

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Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diversi passaggi sono fondamentali per ottenere i risultati desiderati di questo protocollo. In primo luogo, i soggetti devono essere adeguatamente familiarità ai protocolli di contrazione, in particolare le misure di forza. Assicurarsi che il soggetto capisce esattamente quello che ci si aspetta di fare e dare loro l'opportunità di praticare le prove di resistenza prima della raccolta dei dati. I soggetti che non sono adeguatamente familiarità con queste procedure possono mostrare una curva di apprendimento nel cor...

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Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno riconoscimenti.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
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Riferimenti

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