Induzione e valutazione di Exertional scheletrico danno muscolare negli esseri umani

L'obiettivo generale di questa procedura è indurre in modo sicuro e quantificare il danno muscolare scheletrico da sforzo nei muscoli quadricipiti femorali di soggetti umani, utilizzando contrazioni eccentriche volontarie. Questo protocollo per il danno muscolare può aiutare i ricercatori a rispondere a domande fondamentali riguardo i meccanismi di adattamento e rigenerazione muscolare successivi a un infortunio. Il vantaggio principale di questa tecnica è che possiamo studiare i processi di adattamento muscolare in soggetti umani, eliminando la necessità di tradurre i risultati tra specie diverse.

Sebbene questo metodo possa essere utilizzato per studiare il danno muscolare nel contesto dell'esercizio fisico, può anche essere impiegato per analizzare i danni provocati da lesioni evidenti. La procedura sarà dimostrata da Jake Sorensen, uno studente di dottorato del mio laboratorio. Per creare il protocollo del test di forza isocinetica, iniziare aprendo il software di controllo del dinamometro sul computer.

Selezionare un nuovo protocollo dall'elenco a discesa, quindi nella scheda unilaterale impostare un set di tre ripetizioni a una velocità di 60 gradi al secondo sia per le contrazioni in allontanamento che in avvicinamento inserendo 1 nel campo numero di set, digitando 3 nella riga fine con ripetizioni e digitando 60 in entrambe le righe velocità in allontanamento e velocità in avvicinamento. Successivamente, creare un test di forza isometrica con un set di tre contrazioni isometriche della durata di cinque secondi ciascuna a un angolo articolare di 70 gradi digitando 1 nel campo posizioni nella scheda unilaterale e digitando 3 nella riga fine con ripetizioni sotto la colonna posizione 1. Quindi selezionare 70 nella riga denominata angolo.

Successivamente, programmare il protocollo di esercizio eccentrico danneggiante per il muscolo facendo clic sulla scheda unilaterale e inserendo 10 nel campo numero di serie. Nella prima colonna, inserire 10 nella riga etichettata come fine con ripetizioni. Quindi inserire 180 nella riga successiva, etichettata velocità di allontanamento, e 120 nella riga etichettata velocità di avvicinamento.

Infine, nella riga contrassegnata come coppia, digitare un valore compreso tra 200 e 600 a seconda della forza prevista del soggetto, e inserire 60 nel campo contrassegnato come tempo di riposo in secondi. Iniziare creando una scala analogica visiva tracciando una linea orizzontale lunga 100 millimetri su una pagina. Sul lato sinistro della linea, indicare assenza di dolore, e sul lato destro della linea, indicare dolore estremo.

Successivamente, accompagnare il soggetto nella stanza di prova e chiedergli di eseguire due affondi a corpo libero per raccogliere le misurazioni di riferimento del dolore muscolare. Eseguire entrambi gli affondi con le braccia tese in avanti rispetto alle spalle e i piedi alla larghezza delle spalle, raggiungendo la profondità corretta quando i muscoli della coscia sono paralleli al pavimento. Quindi, chiedere al soggetto di indicare l'intensità del dolore percepito nei muscoli quadricipiti durante gli affondi tracciando una linea verticale nel punto corrispondente sulla scala analogica visiva.

Infine, quantifichi il livello di dolore del soggetto misurando la distanza in millimetri dall'estremità senza dolore della scala analogica visiva fino al segno lasciato dal soggetto. Dopo un breve riscaldamento su un cicloergometro, chieda al soggetto di sedersi sulla sedia del dinamometro. Regoli le impostazioni della posizione del dinamometro in modo che l'asse di rotazione del ginocchio sia allineato con quello del braccio della leva, e fissi la gamba al braccio dello shaft.

Registrare queste impostazioni per un allestimento ripetibile in futuro. Stabilizzare il soggetto con cinghie a livello delle spalle, dei fianchi, delle caviglie e delle cosce. Successivamente, informare il soggetto che dovrà contrarre i muscoli contro il braccio della leva, che rimarrà stazionario.

È necessario istruire il soggetto in base ai messaggi visualizzati sullo schermo del computer per eseguire tre contrazioni della durata di cinque secondi ciascuna. Avviare il protocollo isometrico sul computer. Impostare i limiti di ampiezza di movimento (ROM), calibrare il dinamometro e consentire al soggetto di eseguire il test due o tre volte con uno sforzo submassimale per abituarlo alla procedura.

Una volta che il soggetto è pronto, chiedetegli di incrociare le braccia sul petto. Iniziare il test e incoraggiare verbalmente il soggetto a compiere uno sforzo massimale per ogni contrazione. Registrare le misurazioni di base di coppia, potenza e lavoro.

Permettere al soggetto di riposare da due a tre minuti, quindi caricare sul computer il protocollo del test di forza isocinetica. Informare il soggetto che dovrà eseguire tre contrazioni di estensione e flessione contro il braccio leva, che si muoverà a velocità costante. Comunicare che il braccio leva si fermerà quando il soggetto raggiungerà l'estremità dell'escursione articolare, e che l'obiettivo è contrarre con la massima forza possibile lungo tutta l'escursione articolare per ciascuna contrazione.

Dopo alcuni test pratici submassimali per familiarizzare il soggetto, chiedetegli di incrociare le braccia sul petto e iniziare il test. Incoraggiate verbalmente il soggetto a compiere uno sforzo massimale e a respirare normalmente. Registrare le misurazioni di base di coppia, potenza e lavoro.

Da uno a tre giorni dopo aver raccolto le misurazioni di base isometriche e isocinetiche, far tornare il soggetto in laboratorio per completare il protocollo di esercizio eccentrico danneggiante per il muscolo. Dopo un riscaldamento, posizionare e fissare il soggetto nel dinamometro utilizzando le impostazioni di regolazione registrate in precedenza e caricare il protocollo di esercizio. Istruire il soggetto a contrarre il muscolo opponendosi al braccio della leva per iniziare il movimento del braccio dell’albero ad ogni contrazione.

Quindi, spiegare che, mentre il braccio dello stantuffo si muove verso di loro a velocità costante, il loro obiettivo è contrarre i muscoli opponendosi con la massima forza possibile. Quando il soggetto è pronto, avviare il primo ciclo di contrazioni premendo il pulsante di avvio sullo schermo e, mentre esegue le contrazioni eccentriche, incoraggiarlo verbalmente a mantenere uno sforzo massimale per ciascuna contrazione. Infine, immediatamente dopo l'esercizio danneggiante per il muscolo, ripetere sia i test di forza isocinetica che isometrica, nonché a 24, 48, 72 e 96 ore dopo.

Inoltre, ripetere la misurazione del dolore a 24, 48, 72 e 96 ore dopo il test di esercizio. I risultati ottenuti su sette giovani uomini non allenati mostrano che, rispetto ai valori pre-esercizio, la forza isometrica e quella isocinetica sono diminuite rispettivamente fino a 24 e 48 ore dopo l'esercizio, per poi tornare simili ai valori pre-esercizio successivamente. Al contrario, il dolore è aumentato significativamente a 24, 48 e 72 ore dopo l'esercizio.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in modo sicuro e affidabile se viene effettuata correttamente. Ricordare che è importante considerare le limitazioni fisiche di ciascun soggetto e adattare i parametri di conseguenza. I parametri relativi all'angolo articolare nel protocollo devono essere ridotti per individui con un'escursione articolare limitata e la forza obiettivo deve essere ridotta per individui più deboli.

Al termine di questa procedura, possono essere eseguiti altri metodi, come il prelievo di un campione di sangue o di muscolo, al fine di rispondere ad ulteriori domande relative alle risposte cellulari e molecolari al danno. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come indurre e quantificare in modo sicuro ed etico il danno muscolare da sforzo in soggetti umani. Infine, non dimenticare che questo protocollo presenta un lieve rischio di causare rabdomiolisi.

I soggetti devono essere sottoposti a screening per evidenziare segni e sintomi di rabdomiolisi, che includono urine di colore marrone scuro, nausea e una grave debolezza muscolare durante le visite di follow-up.