ヒトにおける労作骨格筋損傷の誘導および評価

サマリー

この記事は、人間の被験者における労作性骨格筋の損傷を誘発し、定量化するための安全で信頼性の高い方法について説明しています。

要約

自主的な偏心（延長）の収縮を介した収縮誘発性筋損傷は、ヒトにおける筋肉の適応と回復を研究するための優れたモデルを提供しています。ここで我々は強さ、痛み、および血漿クレアチンキナーゼレベルの変化によってマーク大腿四頭筋、内損傷を誘導するために偏心運動プロトコルの設計を議論します。それは人間の参加者で実行され、結果の種間の変換を排除しているので、この方法は、単純な倫理的な、広く適用可能です。被験者は、の速度で膝伸筋の300最大の偏心収縮を行います 等速ダイナモメーター上で120°/秒。損傷の程度は、運動後数日間の強度損失、痛み、および血漿クレアチンキナーゼレベルの比較的非侵襲的な等速及び等角尺度を使用して測定可能です。したがって、その適用は、筋肉のための機構を同定する試みにおいて、特定の集団に向けることができます適応と再生。

概要

この手順の全体的な目標は、人間の被験者の随意延長(偏心)収縮を使用して大腿四頭筋に労作的損傷を誘発することです。

収縮による骨格筋の損傷は、運動の一般的な結果であり、それは遅発性の筋肉痛¹、一時的な筋力低下^{、および血液}中の筋肉特異的酵素の上昇2によって特徴付けられます。労作性筋の損傷は、被験者が慣れていない運動後、特に偏心収縮が関与している場合に最も顕著です³。運動性筋肉の損傷は通常良性です。痛みは治まり、血清タンパク質と筋力は通常、ダメージを与える侮辱から数日から数週間以内にダメージを受ける前のレベルに戻ります。極端な場合、労作性筋肉の損傷は、横紋筋融解症として知られる生命を脅かす症候群につながる可能性があります。しかし、運動性筋の損傷は、熱ストレス、脱水症⁵、感染症⁶、またはまれな遺伝的素因⁷などの複合因子がない場合、^{健康な個人4}に臨床的な横紋筋融解症を引き起こすには通常不十分です。

収縮による筋肉の損傷は、通常、毒素による損傷や凍結による損傷よりも深刻ではありません。これは、げっ歯類の研究でよく使用される方法です^8,9。それでも、収縮誘発性損傷は、顕著な利点を持つ筋肉損傷反応を研究するための有用な方法を提供します。まず、それは人間の被験者^1-3で使用するための安全で倫理的な方法です。したがって、データはヒトの被験者から直接取得できるため、結果の種間翻訳は必要ありません。さらに、げっ歯類の研究から得られたデータを翻訳することは、げっ歯類の傷害モデルで見られる傷害の重症度が、人間の被験者に誘発するのが倫理的である損傷のレベルを超えていることを考えると、非常に困難です。第二に、収縮による損傷は一般的に経験され、運動の自然なプロセスです。したがって、この損傷誘発モードは、運動、運動への適応、および明白な筋肉損傷の文脈で筋肉損傷を研究するのに役立ちます。ここでは、ヒトの収縮を長くすることで骨格筋の損傷を誘発し評価するための安全で信頼性の高い方法を紹介します。

プロトコル

次の手順では、ブリガム・ヤング大学の制度審査委員会（IRB）の基準に準拠しています。

1.収縮プロトコルを準備します

注：以下のプロトコル命令はBiodexアドバンテージソフトウェアに基づいています。ソフトウェアのナビゲートし、異なるシステムが使用されている場合ダイナモメータを操作することは異なることになります。

1. 等速強度試験プロトコル
   1. コンピュータ上の等速プロトコル、オープンダイナモメータ制御ソフトウェアを作成し、「プロトコル」タブを選択し、画面の上部にあるツールバーの「録音」タブを選択します。ドロップダウンリストから「新しいプロトコル」を選択します。
   2. 「研究の種類」ボックスで、「テスト」オプションを選択します。
   3. ドロップダウンメニューから、次のパラメータを選択します。「モード」メニューで等速性を選択します。 「共同」メニューの下に膝を選択します。下 ＆＃34;パターン」メニューを選択し拡張/屈曲延長および屈曲運動の両方のための同心の収縮を選択を選択します。「ドロップダウンメニュー」によって終了」の下に「担当者を。
   4. 離れの両方のためと収縮に向かって60°/秒の速度で3回の繰り返しの「一方的」タブプログラム1セットに。これを行うには、「1」は「＃セット」フィールドに入力し、「担当者によって終了」の行に「3」と入力します。その後、行「アウェイスピード "と"に向けてスピード」の両方に60を入力します。
   5. 約10°離れたと110°（0°=フルエクステンション、135°に向けに、解剖学的基準点と運動の制限の設定範囲として90°を使用します =完全屈曲）がこれを行う.TO、画面の左側にある「ROMを設定」ボタンを選択します。 90°（コンピュータ画面上に設けられたレバーアーム角度インジケータを用いて示されているように）床と平行になるようにレバーアームを較正します。その後、解剖学的再として90°を使用して、フェレンス点は、離れて110°（0°=フルエクステンション、135°=完全屈曲）に向かって約10°までの動きの制限の範囲を設定します。
      注：ここで指定された関節角度の設定が好ましいが、しかし、これらの設定は、固定された屈曲変形または他の制限を有する被験者で作業する場合は特に、ケースバイケースで修正する必要があります。
   6. 画面左下の「説明」フィールドに、プロトコルに名前を付け、上部メニューバーの[保存]ボタンを選択します。
2. アイソメトリック強度試験プロトコル
   1. 手順を繰り返し1.1.1はアイソメトリックプロトコルを作る開始します。
   2. 「調査タイプ」ボックスから「テスト」オプションを選択します。
   3. ドロップダウンメニューから、次のパラメータを選択します。「モード」メニューで「アイソメトリック」を選択します。 「共同」メニューの下に "ひざ"を選択します。 「パターン」メニューで「拡張/屈曲 "を選択します。 「Contractioの下でN方向離れ」メニューを選択し ""。で「担当者」を「選択メニュー」とは、終了します。
   4. プログラム70°の関節角度で5秒ずつ続く3等尺性収縮の1セットでテスト。 「一方的」タブで「体位」フィールドに、この、タイプ「1」を行うには。 「担当者によって終了」の行の位置＃1列、タイプ「3」の下で。 「アングル」というラベルの付いた行で "70"を選択します。
   5. 解剖学的基準点と70°に離れ限度として90°を選択します。
   6. 画面左下の「説明」フィールドに、プロトコルに名前を付け、上部メニューバーの[保存]ボタンを選択します。
3. エキセントリック運動プロトコルを損なうマッスル
   1. コンピュータ上の偏心運動プロトコル、オープンダイナモメータ制御ソフトウェアを作成し、「プロトコル」タブを選択します。その後、画面の上部にあるツールバーの「レコード」タブを選択します。今、新しいプロトコル＆ "をクリックしてください＃34;ドロップダウンリストから。
   2. 「調査タイプ」ボックスから「エクササイズ」オプションを選択します。
   3. ドロップダウンメニューから、次のパラメータを選択します。「モード」メニューで「等速」を選択します。 「共同」メニューの下に "ひざ"を選択します。 「パターン」メニューで「拡張/屈曲 "を選択します。 「収縮」メニューの下に "コン/ ECC」を選択します。
   4. 「一方的」タブ、プログラムセット間の60秒の残りの部分とに向かって180°/離れ秒、120°/秒の速度で10回の繰り返しの10セットで。
      1. 「＃・セット」フィールドに「10」と入力します。
      2. 最初の列（ラベル＃1）では、行のタイプ「10」は、「担当者によって終了」と表示されました。そして、「アウェイスピード」と表示された次の行に「180」と入力します。次の行では、タイプ "120"」を目指してスピード」と表示されました。 「トルク」というラベルの付いた行では、複数の予想される強度に応じて600に200を入力しubject。
      3. ＃10を介してセット＃2のステップ1.3.4.2を繰り返します。
      4. フィールド「秒で休憩時間」で60を入力します。
   5. 「解剖リファレンス」フィールドに90度を入力します。
   6. （0°=フルエクステンション、135°=完全屈曲）に向けて「ROMの設定」画面の左側にあるボタンと40離れ°、110°の運動制限の設定範囲を選択します。これらの設定は、被験者が動力計のアームに対する耐性を提供する必要があり、それを通して動きの範囲を提供します。安全対策として、ダイナモメータは、被験者が運動のこの指定された範囲内の抵抗を提供しなくなった場合、移動を停止します。
      1. 動きの範囲を設定するには、画面の左側にある「設定ROM」ボタンを選択します。 90°（コンピュータ画面上に設けられたレバーアーム角度インジケータを用いて示されているように）床と平行になるようにレバーアームを較正します。次いで、解剖学的基準点として90°を使用して、よ他の方の40離れ°、110°の動きの制限の範囲（0°=フルエクステンション、135°=完全屈曲）。
         注：これらの関節角度の設定は、一般的な健常者のための提案です。これらは、別の個々の能力に合わせて変更する必要があります。
   7. 「説明」フィールドに、プロトコルに名前を付け、上部のツールバーで「保存」ボタンを選択します。

2.ベースライン測定

1. 痛みの測定
   1. ページの横方向に水平に100ミリメートルラインを描画することにより、視覚的アナログ尺度を作成します。
   2. 行の左側には「いいえ痛み」を示さないと、ラインの右側に「エクストリーム痛」（ 図1）を示します。この方法は、一般的に遅延発症筋肉痛^1,10,11を評価するために使用されます。
   3. 2体重スクワットを行うには、被験者に指示します。 straigh開催された腕を両方スクワットを行います離れて肩と足を肩幅の前でのt。上側脚が開始位置に戻る前に床に平行である場合、適切な深さに到達します。
   4. 彼または彼女は視覚的アナログ尺度上の適切なスポットに垂直線を描画することにより、スクワット中に筋肉を大腿四頭筋に感じた痛みの強さを示すために、被写体を確認して下さい。
   5. 被験者のマークに視覚的アナログ尺度の無痛端からミリメートル単位での距離を測定することにより、痛みの対象のレベルを定量化します。
2. 血清クレアチンキナーゼ
   注意：血液を取り扱う前には保護手袋を着用し、すぐに病院や大学の方針に従って、シャープコンテナで使用した後の針を処分。
   1. 血液¹²の5〜6ミリリットルを得るために、絶食条件下で被験者の腕の肘前領域から血液を引き出すために標準化された瀉血の手順に従ってください。
   2. 遠心分離機3で15分間15×gで血液試料 血液細胞から分離した血清に°C。
   3. トランスファーピペットを用いて、対象と時点について適切に標識されたマイクロチューブに血清試料を移します。
   4. 後で使用するために-80℃でサンプルを保管してください。
   5. 製造業者のプロトコルに従って市販のキットを用いて、クレアチンキナーゼ活性のための血清サンプルをアッセイします。代替的に、血清試料は、分析のためにローカルの医療診断実験室に輸送することができます。
3. 件名の準備
   1. 被検者の訪問の48時間前に、激しい又は不慣れな運動、非ステロイド性抗炎症薬やアルコールを避けるために、それらを指示します。
   2. 被験者が到着すると、体重、身長、性別、およびセットアップの前脚支配情報を収集します。脚の支配は、彼らがボールを蹴ることを選択することになるレッグに対象を求めることによって決定することができます。
   3. subjecを持っていますトン強度試験を行う前に、自転車エルゴメータに10分間、50〜150 Wでウォームアップ。
   4. ウォームアップ後ダイナモメータの椅子に座って、被写体をお願いします。被写体に合わせて傾斜、高さ、深さ、リクライニング、シートとシャフトアームの回転を調整します。基準として、外側大腿顆を使用し、ダイナモメータの軸アームのそれと膝の回転軸を揃えます。それは内果のすぐ近位であるように、シャフトのアームの長さを調整し、ストラップで固定します。対象は、動きのフルレンジで快適フレックス足底することができる必要があります。
   5. ピンチや不快感なしに、膝関節の最大屈曲を可能にするために、シートの前縁部と脚の背面との間に十分なスペース（25ミリメートル）のままにしておきます。
   6. 肩、腰、足首と太ももストラップ付き主題安定化させます。膝の伸筋を分離し、補助的な筋肉の関与を回避するためには、被写体が確実に安定化することが必須です。
   7. 被験者が行う必要があり3-5実際の拡張収縮プロトコルを開始する前に存在し、必要に応じて調整することができる/屈曲膝の操縦、動きの監視範囲と不快感の兆候。
   8. 今ダイナモメータの調整可能なコンポーネントが適切に対象に取り付けられていること、次にそのサイトに訪問するときに、反復セットアップ用のシートポジションの設定とシャフトアーム位置を記録。
      注：これは、被験者が安全で快適であることが重要です。ダイナモメータは、緊急の場合に対象とオペレータの両方のための緊急停止ボタンが装備されています。
4. 力測定
   1. 被写体が適切に座席に向いているとアイソメトリック強度試験プロトコルがロードされた後、テストを実行する方法についての対象を指示します。
      1. 彼または彼女は静止したままになりますレバーアームに対して収縮される対象を教えてください。 5秒EAC続く3収縮を行うコンピュータの画面の指示に従うように、被写体に知らせます時間。
      2. 各収縮のために最大限の努力を維持するために、被験者に知らせます。収縮時に息をする対象を教えてください。テスト中に胸に自分の腕を交差するように、被写体を確認して下さい。
      3. アイソメトリックプロトコルを起動し、被験者が最大下努力でテストを練習することができます。この練習試験では、試験の対象を理解だけでなく、テスト特有のウォームアップを提供します。被験者が試験を2〜3回練習することができます。
   2. 対象の準備ができたら、テストを開始し、口頭で各収縮のために最大限の努力を提供するために、対象を奨励します。
   3. レコードトルク、パワー、および仕事。ソフトウェアはまた、変動係数を算出する（性能の再現性に基づいて試験の有効性の統計的表現を、低い値は、より高い再現性を示しています）。変動係数が15％を超える場合、試験を繰り返します。 4回にテストを繰り返します。被験者は、係数Oを生成することができない場合F 4試みが分散値の最も低い係数が得られたセットからのデータを使用した後に15％分散少ないです。
   4. 2〜3分被験者は休息してから、アイソキネティック強度データを取得するために等速プロトコルをロードすることができます。
   5. 被写体が座席に固定された後、等速テストを実行する方法について指示します。
      1. 彼らは一定の速度で移動するレバーアームに対して3拡張および屈曲収縮ことになるだろう主題を教えてください。目標は、各収縮の運動範囲全体を通じてとして強制的に可能な限り縮小している対象を教えてください。
      2. 彼らは運動の範囲の終わりに達したときにレバーアームが停止することそれらを教えてください。テスト中に胸に彼の腕を交差するように、被写体を確認して下さい。収縮時の息を保持するためにない被写体を思い出させます
         注：収縮の屈曲コンポーネントから収集されたデータは、研究者にとって関心の首題ではないかもしれないが、両方の屈曲と伸展操縦のために最大限の努力を提供ECTSは、拡張操作中、より良い力の一貫性になる傾向にあります。
   6. テストを開始し、口頭で最大限の努力を提供するために、対象を奨励します。
   7. レコードトルク、パワー、および仕事。ソフトウェアはまた、変動係数を算出する（性能の再現性に基づいて試験の有効性の統計的表現を、低い値は、より高い再現性を示しています）。変動係数が15％を超える場合、試験を繰り返します。
      1. 4回にテストを繰り返します。対象は、4回の試行後に15％未満の変動係数を生成する分散値の最も低い係数が得られたセットからのデータを使用することができない場合。

3.被害の誘導

1. 1〜3日間パート2のベースライン測定後、の損傷誘導部分のためのラボの対象とリターンを持っていますプロトコル
2. 50 W. 150で10分間のサイクルエルゴメーター上の被写体ウォームアップを持っています
3. ウォームアップ、東洋とステップ2.3.7で記録された調整設定を使用して、ダイナモに件名を確保した後、偏心運動プロトコルに損傷を与え、筋肉をロードし、適切な運動を実行する方法について対象を指示します。
   1. 彼らはそれぞれの収縮を軸アームの動きを開始するためのレバーアームに対して収縮する対象を教えてください。シャフトアームが固定レートでそれらに向かって移動すると、彼らの目標は、のように強制的に可能な限り、それに対して収縮していることを主題に知らせます。
   2. 被験者は座席の両側に位置グリップを把握することができます。
   3. 収縮時に息をする被写体に知らせます。偏心フェーズ中に息を吐きます。
4. 対象の準備ができたら、画面上のスタートボタンを押すことによって収縮の最初のセットを開始します。
5. 口頭で最大のEFを維持するために、被写体を奨励各収縮のための砦。
6. セット間の1分の休止期間に10回の繰り返しの10セットを介して被写体を案内します画面の指示に従ってください。
7. 10セットが完了すると、5分の対象に1プロトコルを繰り返す前に休息することができます。
   注：これは使用ダイナモメータやソフトウェアによって異なりますが偏心プロトコルの下で入手可能なセットの最大数は10です。残りは、必要に応じてプロトコルをリロードするオペレータのための時間を提供します。
8. 300主に偏心収縮の合計手順をさらに2回繰り返します。

4.筋損傷評価

1. 等速性と、すぐに損傷運動後や後24、48、72、および96時間で2.4で説明したようにアイソメトリック強度試験の両方を繰り返します。
2. 24、48、72で部分2.1で説明したように痛みの測定を繰り返し、運動にダメージを与える後96時間。それぞれのための新しい視覚的アナログ尺度を使用してください評価対象は、以前の回答を見ることができないように。
3. 運動にダメージを与えた後、48および120時間でクレアチンキナーゼアッセイのためのパート2.2で説明したように採血を繰り返し、または実験プロトコルによって決定の時点で。
4. x軸上の時間に対するグラフのY軸上のクレアチンキナーゼ、強度および痛みデータをプロットします。
5. これらの変数から外れるか確認し、運動後の日でベースライン値に向かって戻り、それぞれの損傷と修復を示します。

結果

ここで紹介する方法を使用して、ベースラインの痛み、血清クレアチンキナーゼ活性、および強度（等尺性および等速性）の測定値は、7訓練を受けていない若い男性に採取しました。次の日、被験者は、上述の伸張性収縮プロトコルに損傷を与える筋肉を施行しました。筋損傷の指標を提供するために、強度の評価をフォローアップし、痛みと血清クレアチンキナーゼ活性を作製しました。強度は、運動後、ならびに24、48、72、及び96時間の直後に測定しました。痛みは、運動後24、48、72、及び96時間に測定しました。血清クレアチンキナーゼは、運動後48および120時間で測定しました。これらのデータは、運動前の値に運動後の値を比較するためにDunnettの多重比較検定を用いて分散の一方向反復測定分析を用いて分析しました。運動前と比較すると、等角投影と等速力は、それぞれ、24および48時間の運動後に出て減少したと （ 図2）、その後、類似する運動前の値を戻しました。痛みは大幅に48、24に増加し、運動後72時間（ 図3）しました。...

ディスカッション

いくつかのステップは、このプロトコルの所望の結果を得るために重要です。まず、被験者は十分に収縮プロトコル、特に力の測定に精通する必要があります。被験者は、彼らが行うと、それらをデータ収集に先立って強度試験を練習する機会を与えることが期待されている正確に何を理解していることを確認してください。適切にこれらの手順に慣れていない被験者は、損傷の誘導後日間の学習曲線を示すことができます。これは無効な強度測定をレンダリング交絡変数にすることができます。 図5は、適切に慣れていない場合があり、個々のデータを示しています。この対象は、有害な運動にもかかわらず、実験の過程で学習に、おそらく強度を、増加を示しました。第二に、対象集団の選択は、このプロトコルに重要であり得ます。労作性筋損傷は、多くのFに応じて被験体から大幅に異なる場合があります個々の訓練を受けた状況を含め俳優、。偏心運動に慣れている個人は、不慣れな個体と比較してはるかに少ないダメージが表示されます。被験者集団を選択するとき、これは重要な考慮事項であり得ます。研究者が大きな損傷応答を観察するに興味を持っている場合は、偏心運動に不慣れな人口は、この結果を提供す...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Biodex Dynomometer	Biodex Medical Systems	850-000	他のモデルが利用可能で、同様の結果を生成するはずです
クレアチンキナーゼキット	Sigma-Aldrich	MAK116
血清 Vacutainers	BD Bioscience	367812
翼のある安全プッシュボタン採血セット	BD Bioscience	367338
Cryogenic vials	Sigma-Aldrich	V5007	私たちは 2 血清アリコートを保存するためのMLバイアル