Summary
Den nuværende protokol beskriver modstandstræning og test ved hjælp af statiske og dynamiske stiger i dyremodeller.
Abstract
Modstandstræning er en fysisk træningsmodel med store fordele for helbredet gennem hele livet. Brugen af resistenstræningsdyrmodeller er en måde at få indsigt i de underliggende molekylære mekanismer, der orkestrerer disse tilpasninger. Formålet med denne artikel er at beskrive træningsmodeller og træningsprotokoller designet til styrketræning og evaluering af resistens i dyremodeller og give eksempler. I denne artikel er styrketræning og modstandsevaluering baseret på stigeklatringsaktivitet ved hjælp af statiske og dynamiske stiger. Disse enheder tillader en række træningsmodeller samt giver præcis kontrol over de vigtigste variabler, der bestemmer modstandsøvelse: volumen, belastning, hastighed og frekvens. Desuden er dette i modsætning til modstandsøvelse hos mennesker en tvungen øvelse. Derfor skal aversive stimuli undgås i denne intervention for at bevare dyrevelfærden. Før implementering er et detaljeret design nødvendigt sammen med en akklimatisering og læringsperiode. Akklimatisering til træningsanordninger, såsom stiger, vægte og klinisk tape, samt til de nødvendige manipulationer er nødvendig for at undgå træningsafvisning og for at minimere stress. Samtidig læres dyrene at klatre op ad stigen, ikke ned, til hvileområdet på toppen af stigen. Modstandsevaluering kan karakterisere fysisk styrke og muliggøre justering og kvantificering af træningsbelastningen og reaktionen på træning. Desuden kan forskellige typer styrke evalueres. Med hensyn til træningsprogrammer, med passende design og enhedsbrug, kan de være tilstrækkeligt alsidige til at modulere forskellige typer styrke. Desuden bør de være fleksible nok til at blive ændret afhængigt af dyrenes adaptive og adfærdsmæssige reaktion eller tilstedeværelsen af skader. Afslutningsvis er modstandstræning og vurdering ved hjælp af stiger og vægte alsidige metoder inden for dyreforsøg.
Introduction
Fysisk træning er en afgørende livsstilsfaktor for at fremme sundhed og mindske forekomsten af de mest udbredte kroniske sygdomme samt nogle typer kræft hos mennesker1.
Modstandsøvelse har øget interessen på grund af dens overvældende relevans for sundhed gennem hele livet2, især på grund af dens fordele ved at modvirke aldersrelaterede sygdomme, der påvirker det lokomotoriske system, såsom sarkopeni, osteoporose osv.3. Desuden påvirker modstandsøvelse også væv og organer, der ikke er direkte involveret i udførelsen af bevægelse, såsom hjernen4. Denne relevans i de senere år har tilskyndet til udvikling af resistenstræningsmodeller hos dyr for at studere de underliggende tissulære og molekylære mekanismer, når det ikke er muligt hos mennesker, eller når dyrene giver bedre indsigt og er en mere kontrolleret model.
I modsætning til modstandsøvelse hos mennesker er forskere for dyremodeller normalt afhængige af tvungne procedurer. Aversive stimuli skal dog undgås i denne sammenhæng, hovedsagelig for at bevare dyrevelfærden, reducere stress og mindske sværhedsgraden af forsøgsprocedurerne5. Det skal bemærkes, at dyr nyder motion selv i naturen6. Af disse grunde er det nødvendigt at forbedre tilpasningen til eksperimentet gennem langvarig trinvis akklimatisering.
De enheder, materialer og protokoller, der anvendes til modstandstræning og vurdering hos forsøgsdyr, skal muliggøre præcis kontrol og modulering af adskillige variabler: belastning, volumen, hastighed og frekvens7. De bør også tillade forskellige typer muskelkontraktioner, der skal udføres: koncentrisk, excentrisk eller isometrisk. I betragtning af ovenstående bør de anvendte protokoller være i stand til specifikt at evaluere eller træne til forskellige anvendelser af styrke: maksimal styrke, hypertrofi, hastighed og udholdenhed.
Der er flere metoder til styrketræning, såsom at hoppe i vand8,9, vægtsvømning i vand 10 eller muskelelektrostimulering11. Statiske og dynamiske stiger er dog alsidige enheder, der er meget udbredt12,13,14.
Resistensvurdering i eksperimentelle dyremodeller giver værdifuld information til mange forskningsmiljøer, såsom at beskrive genetisk modificerede dyrs fænotypiske egenskaber, evaluere effekten af forskellige interventionsprotokoller (kosttilskud, lægemiddelbehandlinger, mikrobiotatransplantation osv.) eller vurdere effekten af træningsprotokoller. Træningsmodeller giver indsigt i fysiologien ved tilpasning til styrketræning, hvilket hjælper med til bedre at forstå effekten af motion på sundhedsstatus og patofysiologi.
Derfor er der ingen universel protokol for modstandstræning eller funktionel vurdering af styrke i dyremodeller, så alsidige protokoller er nødvendige.
Formålet med denne undersøgelse er at identificere de mest relevante faktorer, der skal overvejes, når man designer og anvender en protokol til modstandstræning og evaluering ved hjælp af statiske og dynamiske stiger i dyremodeller, samt give specifikke eksempler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De metoder, der præsenteres i denne protokol, er blevet evalueret og godkendt af den tekniske komité for dyreforsøg (reference PROAE 04/2018, Principado de Asturias, Spanien).
1. Planlægning
- Vælg omhyggeligt dyr til undersøgelsen baseret på de interessante egenskaber (genetisk modificerede, patologimodeller, alder osv.) og anvend specifikke tilpasninger til protokollen (klatring uden vægte, reduktion af antallet af trin til at klatre og tilbøjelighed).
- Identificer den styrkemodalitet, der skal vurderes eller trænes: maksimal styrke, udholdenhedsmodstand, hastighed osv. afhængigt af undersøgelsens mål.
- Juster parametrene omhyggeligt, når funktionel vurdering eller træning er indrammet, under hensyntagen til, om den fokuserer på resultaterne af disse tests, eller om de supplerer andre typer kliniske, funktionelle, histologiske eller molekylære bestemmelser.
- Planlæg alle spørgsmål relateret til træning, især tidsplanen, varigheden af træningsperioden og hyppigheden af sessioner, og tegn en træningstabel.
- Angiv opvarmningstrinnene og stigens hældning, som vil være den samme under hele træningen. Angiv sæt, gentagelser, belastning (baseret på resultaterne af modstandstestene udført før træningsperioden) og hvile imellem, idet du er opmærksom på belastningsforøgelser baseret på den foregående session.
- Rediger planen, som med menneskelig træning, afhængigt af dyrets velfærd. Ændringer omfatter faldende gentagelser, øget hviletid mellem sæt eller gentagelser og faldende belastning for at undgå overtræning og skade.
- Efter afslutningen indsendes designet til evaluering og godkendelse af den dyreetiske forskningskomité.
2. Udstyr og materialer til modstandsøvelse
- Enheder: Statiske og dynamiske stiger
BEMÆRK: To typer stiger, såkaldte statiske og dynamiske stiger (se figur 1), kan bruges til modstandstræning og evaluering (se Materialetabel).- Brug en lodret stige med mindst 30 ståltrådstrin med en diameter på 1,5 mm, adskilt af 15 mm, og et hvileområde på mindst 20 x 20 cm på toppen af stigen. Stigens hældning skal kunne justeres fra 80° til 110° med vandret plan (figur 1C). Afgræns to baner for at forhindre ikke-lineær klatring.
- Brug en dynamisk stige, der ligner den statiske stige, med en plastfilamentbarriere øverst, der kan åbnes for at kontrollere adgangen til hvileområdet, og en plastfilamentbarriere i bunden for at forhindre dyrene i at klatre ned. Stigens hældningsvinkel skal kunne justeres mellem 80° og 100°, hvoraf den mest almindelige er 85°.
BEMÆRK: Stigen kan cirkulere ved hjælp af en øvre og en nedre aksel med en diameter på 8 cm. Nedre aksel drives af en elektrisk motor, der får trinene til at falde ned foran og stige op bagpå, hvilket skaber en endeløs stige. Den er udstyret med et reduktionsgear og en hastighedsregulator til at sænke hastigheden fra 11,6 cm / s til 3,3 cm / s, og den mest almindelige hastighed er 5,6 cm / s.
Figur 1: Modstandstræningsanordninger: statiske og dynamiske stiger. (A) Musetræning med ekstern vægt på en statisk stige. (B) To mus, der træner med vægt på en dynamisk stige. (C) Skematisk repræsentation af stigevinkler til træning og evaluering. Klik her for at se en større version af denne figur.
- Materialer
- Forbered følgende materialer: vægte, tråd til at holde vægte, stålgatorclips og klinisk tape.
BEMÆRK: Vægtene er stålcylindre med forskellig masse (5, 10, 15, 20, 25 og 50 g) med et hul på 5 mm i diameter i midten for at snøre dem på en ledning (Materialetabel). Tråden til at holde vægtene er lavet af stål med en diameter på 1-1,5 mm og en længde på 5-10 cm, afhængigt af antallet af vægte, der skal læsses. - Skær et stykke elastisk klæbende bandage (materialebord) på ca. 3,0-3,5 cm x 1,0-1,5 cm størrelse og fastgør det omkring dyrets hale for at holde vægtene. Sørg for ikke at stramme for meget, da det kan føre til begrænsning af blodgennemstrømningen.
BEMÆRK: I første omgang vil dyrenes adfærd kæmpe mod båndet og bide det, men efter et par dage vil de tolerere det, pleje som normalt og ikke vise tegn på stress. - Indsæt de ønskede vægte i tråden og krog gatorclipsen (Materialetabel: Stålgatorclips og tråd til at holde vægte).
- Klem gatoren til det kliniske bånd, der er fastgjort til dyrets hale.
- Umiddelbart efter klatring af de krævede trin skal du fjerne klemmen og lade dyret hvile med det kliniske bånd på halen, men uden vægten (figur 1).
- Forbered følgende materialer: vægte, tråd til at holde vægte, stålgatorclips og klinisk tape.
3. Akklimatisering
BEMÆRK: Korrekt akklimatisering er afgørende for at undgå træningsafvisning og for at minimere stress. Akklimatisering er et afgørende trin, før modstandsevalueringstest eller træningsprotokoller udføres. Der skal bruges tilstrækkelig tid til at opnå adfærdsmæssige tegn på komfort hos dyrene. Detaljer om daglig akklimatisering med de statiske og dynamiske stiger er vist i henholdsvis tabel 1 og tabel 2.
- Væn dyrene til at blive i hvileområdet øverst på stigen (statisk eller dynamisk). Lad dyrene være på dette sted i grupper på fire, med strøelse fra deres bur, i 15 minutter hver dag. Normalt vil dyrene efter 3-5 dage ikke vise tegn på stress.
- Lær dyr at klatre op, ikke ned, stigen. Brug den statiske stige til at placere musene på et trin tæt på toppen, hvorfra de kan se hvileområdet. De vil instinktivt gå til det. Lær dem derefter gradvist at klatre op fra fem trin (3x) den første dag til 10 trin (3x) den følgende dag, op til 15 trin (3x) (tabel 1).
Brug den samme procedure med den dynamiske stige, først uden bevægelse, og derefter med stigen, der bevæger sig med 5,4 cm / s og 6,6 cm / s, og dyrene klatrer op i 2 minutter og gennemfører fem serier (tabel 2). - Tilpas dyrene til at bære vægte, startende fra den tredje dag af akklimatisering. Sæt et stykke klinisk tape på bunden af halen, som vil blive brugt til at holde vægte.
- Fra den syvende dag af akklimatisering skal du vedhæfte små vægte (5-10 g) til det kliniske bånd med et gatorklip. Undgå at udføre for mange serier, så tilpasningen ikke omdannes til træning.
BEMÆRK: Akklimatisering af kontrolgruppen er obligatorisk, hvis denne gruppe udfører modstandstesten. Efter denne periode skal du udføre en stigeklatring påmindelse en gang om ugen med tape, men uden vægte.
4. Evaluering af modstand
- Inkrementelle tests for at vurdere maksimal styrke
BEMÆRK: Denne test har til formål at bestemme den maksimale modstand målt som den maksimale vægt, hvormed dyrene kan klatre 10 trin på den statiske stige, som definerer maksimum på 10 gentagelser (10 RM)4. Denne protokol blev tilpasset fra tidligere undersøgelser (gennemgået i Kregel et al.15).- Til opvarmning udføres tre serier af 10-gentagelser, 10 trin / gentagelse, uden ekstern belastning. For den første serie satte hældningen til 90° og derefter til 85°. Tillad en hvileperiode på 60 s mellem serier.
- Indstil hældningen til 85° (for at forhindre vægten i at græsse eller kroge på stigens trin).
- Fastgør båndet omkring dyrets hale for at holde vægtene og forberede vægtene som tidligere forklaret.
- Start testen med en ekstern belastning på 10 g og udfør en serie på 10 trin.
- Fjern vægten og lad en hvileperiode på 120 s i hvileområdet.
- Udfør successive serier på 10 trin, der øger den eksterne belastning med 5 g indtil udmattelse. Tillad hvileperioden (120 s) mellem serierne.
- Hvis et dyr ikke klatrer 10 trin med en bestemt vægtbelastning, skal du tillade et andet forsøg med samme belastning efter 120 s hvile. Hvis det lykkes at klatre med belastningen, fortsætter den testen med den næste belastning. Hvis den fejler igen, skal du registrere vægtbelastningen for den sidst afsluttede serie som dens maksimale vægtbelastning.
- Testresultatet kan udtrykkes som absolut ekstern vægt (g), som maksimal belastning i forhold til kropsvægt (%) eller som den løftede masse pr. gram kropsvægt efter forskerens skøn.
BEMÆRK: Den tidligere protokol repræsenterer en model, hvor mange ændringer er mulige, for eksempel at vurdere den maksimale resistens hos genetisk modificerede mus med neuromuskulære handicap. Disse dyr er ikke i stand til at klatre med eksterne belastninger og har svært ved at klatre 10 trin med stigen sat til 90 ° hældning (upublicerede data). Protokollen bestod i at klatre fem trin uden ekstern belastning, startende med en hældning på 110 °. Hældningen faldt 5° i hver serie til 85° med 120 s hvile efter hver serie. I dette tilfælde blev maksimal modstand udtrykt som det akkumulerede antal trin klatrede (uden at overveje gentagelser efter fejl). Wildtype-kontrolgruppen, efter at have nået 85 ° hældningen, vil fortsætte med testen ved at tilføje ekstern vægt til halen efter tidligere protokol indtil udmattelse.
- Maksimal udholdenhedsmodstandstest med den statiske stige
- Til opvarmning udføres tre serier af 10-gentagelser, 10 trin / gentagelse, uden ekstern belastning. For den første serie skal du indstille hældningen til 90 ° og derefter til 85 °. Tillad en hvileperiode på 60 s mellem serier.
- Indstil hældningen til 85°.
- Klip vægten på det kliniske bånd, der er placeret omkring musens hale.
BEMÆRK: Afhængigt af dyrenes alder og egenskaber kan den eksterne belastning være den maksimale vægt, der opnås i en tidligere trinvis test, en procentdel af den (f.eks. 50%) eller en procentdel af kropsvægt (f.eks. 100% -200%). Hvis denne test udføres efter en træningsperiode, anbefales det at bruge den samme belastning som i den indledende test til at vurdere ændringerne. - Udfør på hinanden følgende serier på 10 trin indtil udmattelse. Ingen hviletid er tilladt efter hver serie.
- Testresultatet er antallet af klatrede trin.
- Maksimal udholdenhedsmodstandstest med den dynamiske stige
BEMÆRK: Brugen af den dynamiske stige gør det muligt for forskeren at kontrollere klatrehastigheden.- Indstil hældningen til 85°.
- Indstil hastigheden til 4,2 cm/s.
- Til opvarmning udføres tre serier på 100 trin uden ekstern belastning. Tillad en hvileperiode på 60 s mellem serier.
- Klip vægten på det kliniske bånd, der er placeret omkring musehalen.
BEMÆRK: Afhængigt af dyrenes alder og egenskaber kan den eksterne belastning være den maksimale vægt, der opnås i en tidligere trinvis test, en procentdel af den (f.eks. 50%) eller en procentdel af kropsvægt (f.eks. 100% -200%). Hvis denne test udføres efter en træningsperiode, anbefales det at bruge den samme belastning som i den indledende test til at vurdere ændringerne. - Start ved 4,2 cm/s og øg hastigheden med 1,2 cm/s hver 60 sek. indtil udmattelse.
BEMÆRK: Testresultatet er træningstiden, antallet af trin, der er klatret, eller den maksimale hastighed.
5. Modstandstræning med statisk stige
BEMÆRK: Før træningsperioden påbegyndes, er akklimatisering (tabel 1) og træningsplanlægning nødvendig. For at reducere angst skal du tilpasse og træne musene i grupper på fire dyr, der deler det samme bur.
- Til daglig opvarmning udføres tre serier på 10 gentagelser, 10 trin / gentagelse, uden ekstern belastning. For den første serie satte hældningen til 90° og derefter til 85°. Tillad en hvileperiode på 60 s mellem serier.
- Træningen starter i hvileområdet. Klip gatoren med vægten på det kliniske bånd.
- Placer forsigtigt musen 10-20 trin under hvilestedet. Lad musen gribe fat i trinnet og klatre til hvileområdet.
Gentag denne proces, indtil antallet af trin i denne serie (f.eks. 10 trin x 10 serier) er afsluttet. - Fjern vægten fra musehalen og vent i 120 s indtil næste serie.
- Forøg antallet af trin og den maksimale vægtbelastning af serien i hele træningsperioden, samtidig med at den ugentlige tidsplan opretholdes.
BEMÆRK: Et eksempel på variationen i belastninger i løbet af en uges planlægning er vist i tabel 3. Kort sagt, tirsdag og fredag med høj vægtbelastning (40-50 g) og et lavt antal trin (500-400); Mandag og torsdag med mellemvægtbelastning (25-35 g) og et mellemliggende antal trin (800-600); og onsdag uden vægtbelastning, men et stort antal trin (2.000). Dette design letter restitutionen fra tidligere træningssessioner og undgår skader og overtræning. Eksempler på 3 ugers træning med flere designs ved hjælp af den statiske stige er vist i tabel 4 (henholdsvis i begyndelsen, i midten og i slutningen af træningsperioden)4.
6. Modstandstræning med dynamisk stige
BEMÆRK: Efter akklimatisering er træningen på den dynamiske stige helt som den statiske (tabel 2). Træningen udføres på 2-4 mus ad gangen.
- Indstil hældningen til 85°, luk døren til hvileområdet, og start stigen med den ønskede hastighed (f.eks. 5,4 cm/s).
- Til opvarmning udføres tre serier på 100 trin uden ekstern belastning. Tillad en hvileperiode på 60 s mellem serier.
- Før træningssessionerne starter, når musen er i hvileområdet, skal du klippe gatoren med vægten på det kliniske bånd. Alternativt kan vægten fastgøres, når musen allerede er på stigen.
- Placer forsigtigt musen øverst på den bevægelige trappe med vægten på halen. Lad musene gribe fat i trinnet og klatre.
- Når antallet af trin i denne serie er nået (f.eks. 100), skal du fjerne vægtene. Derefter åbnes døren, så dyret kan gå til hvileområdet. Hviletiden er 120 s før den næste serie.
BEMÆRK: Antallet af klatrede trin tælles som en funktion af klatretiden ved den indstillede hastighed. - Gentag denne procedure, indtil træningspasset er afsluttet. Det detaljerede daglige træningsprogram er vist i tabel 5.
7. Evaluering af crossover-effekten af modstandstræning på udholdenhedspræstationer
BEMÆRK: Til dette udføres en trinvis løbebåndstest4 efter 24 timers hvile.
- Efter en opvarmning på 3 min ved 10 cm/s startes trintesten ved 10 cm/s og 10° hældningsvinkel.
- Forøg hastigheden med 3,33 cm/s hvert 3. minut indtil udmattelse.
BEMÆRK: Der bruges ingen elektriske stød, så en malerpensel placeres bag på løbebåndet for at forhindre musene i at løbe af det.
8. Dyrs adfærd under procedurer
BEMÆRK: Kontinuerlig overvågning af tilpasning af mus til træning bør udføres for at opdage ekstrem træthed, overtræning eller skade.
- Overhold tegn på dyrevelfærd, især pleje og afvisning af træning. Musens normale opførsel, efter en række intens træning, er at forblive inaktiv i ca. et minut på grund af træthed. Derefter begynder de at pleje, udforske eller forsøge at fjerne båndet på halen.
- I tilfælde af en mus, der nægter at træne en serie, skal du prøve at give længere hvile eller endda ikke udføre den serie for at forhindre hæmning.
- Lejlighedsvis, når du udfører lette øvelser, skal du forsigtigt skubbe dyrets hale for at tilskynde det til at afslutte serien. Dyrene holder op med at klatre, fordi det ikke er en krævende opgave. Omvendt, når dyr bærer en tung belastning, skal du forsigtigt flytte dyrets vægt for at lette belastningen og tilskynde det til at afslutte serien og derefter lade dyret hvile indtil næste træningssession. Dyrene kan stoppe eller endda forsøge at komme ned på grund af den tunge belastning.
9. Sikkerhedsprocedurer
- Sikkerhedsprocedurer for forskere: Udfør forskning i dyrefacilitetslaboratoriet og brug skoovertræk, overalls, handsker, kasketter og masker. Der er ingen yderligere krav ud over dem, der er specifikke for dyreforsøg.
- Sikkerhed for dyr: Under træningssessionerne skal der løbende tages hensyn til dyrene på grund af potentielle risici, såsom fald eller spring. Placer en hånd under vægtene for at fange og holde musene i tilfælde af fald på grund af udmattelse, da dens evne til at holde fast i trinene korrekt vil være begrænset.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Resultater med statisk stige
Den progressive modstandstræningsprotokol, der blev anvendt og beskrevet af Codina-Martinez et al.4 (tabel 4), blev testet i en foreløbig undersøgelse bestående af 7 ugers træning på en statisk stige med 6 måneder gamle vildtype C57BL6J-mus (n = 4). I denne indledende undersøgelse blev der udført trinvise tests for at vurdere maksimal styrke før og efter træningsperioden. Vi observerede en stigning på 46,4% i maksimal styrke, hvilket betyder, at de i slutningen af træningsperioden var i stand til at klatre med 1,9 gange deres kropsvægt (upublicerede data).
I undersøgelsen af Codina-Martínez et al.4 blev hanmus (C57BL6N/129Sv) mangelfuld i Atg4b 16 og deres tilsvarende vildtypekontroller (8 uger gamle, n = 36 pr. genotype) trænet i 14 uger (tabel 4). Inkrementelle tests til vurdering af maksimal resistens, før og efter træningsperioden, viste en procentvis ændring på 44% hos trænede vildtypedyr og 15,3% i atg4b-/- mus.
I en anden undersøgelse blev 8 uger gamle C57BL6N-mus trænet i 4 uger, 5 dage / uge (n = 8) (upublicerede data). Alle sessioner var designet til at opnå den samme træningsvolumen gennem en kombination af antallet af klatrede trin (eller afstand mod tyngdekraften) og vægtbelastning17 og var baseret på resultaterne opnået i en maksimal styrketest forud for træningsperioden. Antallet af trin pr. træningspas varierede mellem 400-2.000 afhængigt af den maksimale vægtbelastning, som varierede mellem 25-65% af den maksimale vægtbelastning ved testen før træning. Vi valgte disse maksimale vægtintervaller, fordi det er blevet beskrevet, at under 75% af maksimal vægt er der intet hastighedstab for at klatre 1 RM, hvilket er vigtigt for at standardisere intensiteten af submaksimal indsats18. Igen, før og efter træningsperioden, blev der udført trinvise tests for at vurdere maksimal styrke. Den gennemsnitlige procentdel af variation i denne parameter var 40%. Maksimal styrke blev nået af en 27 g mus, som var i stand til at klatre 10 RM med 120 g efter træningsperioden.
Resultater med dynamisk stige
For at evaluere den dynamiske stige som et værktøj til modstandstræning gennemførte vi et eksperiment med det formål at vurdere effekten af to typer styrketræning: udholdenhedsmodstandstræning og styrketræning. Designet og resultaterne af denne undersøgelse vises her for første gang. 8 uger gamle C57BL6N-mus blev opdelt i tre grupper: Ikke-trænet kontrol (C, n = 5), Udholdenhedsmodstand (E-R, n = 8) og Styrke (S, n = 7). Efter en 3-ugers (12 sessioner) akklimatiseringsperiode (tabel 2) blev mus trænet i 6 uger, 5 dage / uge (mandag til fredag), startende kl. 9:00, i alt 22 sessioner. For at reducere angst blev mus trænet i grupper på fire dyr, der delte det samme bur. Aversive stimuli blev undgået for at minimere stress. E-R-gruppen udførte tre gange flere gentagelser med 1/3 af vægtbelastningen sammenlignet med S-gruppen, så de udførte alle det samme akkumulerede arbejde med forskellige kombinationer af belastning og gentagelser. Hastigheden var konstant for alle grupper, sat til 5,4 cm/s. Hældningen blev sat til 85°.
Variablernes normalitet blev testet ved hjælp af Shapiro-Wilk-testen. Resultaterne vises som middel ± standardafvigelse (SD). t-test og ANOVA (Bonferroni post-hoc) blev brugt til statistiske forskelle. Væsentlige ændringer blev sat til p < 0,05. Den statistiske software R (www.r-project.org) blev brugt til alle statistiske analyser.
Alle dyr, der indgår i trænings- og kontrolgruppen, gennemførte undersøgelsen. Det gennemsnitlige daglige fødeindtag pr. mus var 2,8 ± 0,11 g for C, 3,2 ± 0,24 g for E og 3,3 ± 0,13 g for S. Motionerede mus havde et højere fødeindtag end kontrolmus (p < 0,05). Der var imidlertid ingen forskel i kropsvægt efter interventionen (C: 28,0 ± 3,18 g, E-R: 28,5 ± 1,93 og S: 28,1 ± 2,52 g).
Den signifikante stigning i maksimal styrke efter træningsperioden blev observeret i S (29,5 ±1 0,9%) og E-R-grupper (41,5 ± 2,5% stigning), mens der blev observeret en ikke-signifikant stigning for C (20,0 ± 4,0%) (figur 2). Udholdenhedsmodstanden målt ved afslutningen af træningsperioden (figur 3) var signifikant højere i E-R-gruppen sammenlignet med S (122,5 vs 26,9 trin, p = 0,005) og C-grupper (122,5 vs 18,8 trin, p = 0,013).
Krydstræningseffekten af disse modeller og effekten af styrketræning på udholdenhed blev også undersøgt. Med henblik herpå udførte alle dyr en trinvis maksimal udholdenhedstest på et løbebånd før og efter træningsperioden i henhold til de tidligere beskrevne protokoller19. Et signifikant tab i udholdenhed blev observeret i C (Pre: 1219 ± 133 s vs. Post: 982 ± 149 s, p = 0,004), mens der ikke blev observeret signifikante ændringer for S (Pre: 1364 ± 285 s vs. Post: 1225 ± 94 s, p = 0,253) og E-R (Pre: 1139 ± 96 s vs. Post: 1185 ± 84 s, p = 0,164).
Figur 2: Maksimal styrke målt ved hjælp af en trinvis test, før og efter en 6-ugers modstandstræningsperiode på en dynamisk stige efter to træningsmodeller: Styrke og udholdenhedsmodstand. Forklaring: * p < 0,05; ** p < 0,01. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Maksimal udholdenhedsmodstand målt ved hjælp af en maksimal udholdenhedsmodstandstest, før og efter en 6-ugers modstandstræningsperiode på en dynamisk stige, efter to træningsmodeller: Styrke og udholdenhedsmodstand. Forklaring: C: Kontrol; S: Styrke og E-R: Udholdenhedsmodstand. * p < 0,05. Klik her for at se en større version af denne figur.
Tabel 1: Eksempel på en 10-dages akklimatiseringsprotokol med en statisk stige og vildtypemus. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 2: Eksempel på en 14-dages akklimatiseringsprotokol med en dynamisk stige og vildtypemus. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 3: Eksempel på en træningsuge med en statisk stige. Forklaring: Rep: gentagelser, Trin: antal trin klatret, Hældning: vinkel med vandret plan og belastning: vægt (g) fastgjort til halen. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 4: Eksempel på tre ugers træning med en statisk stige som en del af en 14-ugers træningsperiode. Mærket som lav (session 1-4), medium (10-14) og høj belastning (30-34). Forklaring: Rep: gentagelser, Trin: antal trin klatret, Hældning: vinkel med vandret plan og belastning: vægt (g) fastgjort til halen. Denne tabel er tilpasset fra Codina-Martinez et al. 20204. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 5: Eksempel på træning med dynamisk stige. Program for to grupper af udholdenhedsmodstand og styrketræning. Forklaring: Opvarmningen er fælles for begge grupper. Hældningen er sat til 85°. Klik her for at downloade denne tabel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Træning er en intervention med flere anvendelser i forskning, bortset fra selve studiet af træning. Således har analysen af dens virkning på aldring20 eller visse patologiske tilstande og fysioterapi21 fået stor opmærksomhed i de senere år. Derudover har adskillige forfattere analyseret effekten af farmakologiske22 ellerdiæt 21 interventioner på fysisk kondition. I denne sammenhæng er der opstået interesse for at analysere forskellige træningsmetoder separat med en voksende interesse for modstandsøvelse. Resistensøvelse fremkalder et andet molekylært respons på udholdenhed i adskillige væv 23,24 og har også vist sig at have en specifik effekt på en række patologiske tilstande21.
Brugen af dyremodeller til undersøgelse af resistensøvelse er et værktøj med flere anvendelser. Det tillader karakterisering af en bestemt fænotype i modeller af patologier eller genetisk modificerede dyr, selv om denne beskrivelse normalt ikke er inkluderet. Derudover giver implementeringen af træningsprotokoller og evalueringen af deres indvirkning på disse modeller indsigt i fysiologien eller patofysiologien af disse tilstande25.
Nogle forfattere har tidligere udført modstandstræning med rotter 12,13 og mus 4,14 ved hjælp af forskellige træningsmodeller. Nogle forfattere har anvendt isometriske muskelkontraktionsprotokoller til at træne og vurdere styrke26. Overbelastningsspring i vandet og vægtet svømning blev også anvendt 9,10. Nervestimulering udført under anæstesi11 og kombination af modstandstræning med kirurgiske procedurer for at forårsage biomekanisk muskeloverbelastning og muskelhypertrofi27 er også blevet udført.
Nogle af interventionerne for at forbedre modstanden har dog nogle svagheder. Tvungen træning med elektriske stød har vist sig at forstyrre eksperimentelle resultater28. Nogle af procedurerne er stressende, fordi de er afhængige af tvungen svømning for at forhindre dyret i at drukne 9,10. Nervestimulering er ikke en frivillig muskelkontraktion og udføres under anæstesi11. Den enkleste tilgang til modstandstræning og vurdering er ikke-invasive procedurer ved hjælp af koncentriske / excentriske muskelkontraktioner.
Selvom de mest almindelige anordninger til anvendelse af disse protokoller er statiske stiger, som dyrene klatrer på med eksterne vægte, kan modstandsøvelse også udføres ved hjælp af dynamiske enheder. I denne henseende brugte Konhilas et al.29 vægtede hjul. Denne tilgang er imidlertid mere som en udholdenhedsøvelse med høj intensitet, så specificitet ville gå tabt. I denne artikel viser vi for første gang protokoller til modstandstræning og modstandsevaluering ved hjælp af en dynamisk stige, som giver mulighed for meget alsidige tilgange. Resultater efter deres gennemførelse er også inkluderet. Derudover betyder brugen af en dynamisk stige mindre manipulation af dyrene, da de kan klatre med vægt kontinuerligt uden behov for at klatre en række trin som med en statisk stige.
Kraftvurderingen af spidskræfter kan udføres ved hjælp af grebsstyrke30 og drejningsmoment genereret af direkte nervestimulering31. Vurderingen af styrke ved hjælp af stigerne er nyttig til efterfølgende træningsplanlægning. Den dynamiske stige gør det også muligt at udføre tidsbegrænsningstest og evaluere antallet af trin som funktion af belastningen. Denne procedure svarer til det maksimale antal vægtgentagelsestest udført hos mennesker7.
I forhold til trænings- og vurderingsmetoder lægger vi i denne artikel desuden vægt på akklimatisering som en nøglefaktor for at undgå træningsafslag på både statiske og dynamiske stiger. Denne akklimatisering opnås ikke ved madbelønning, som beskrevet i Yarsheski et al.13, men ved at lære musene at nå hvileområderne øverst på stigerne, så de er motiverede til at klatre uden behov for fødevarebegrænsninger. Vores mål har været at opnå humaniseret dyretræning, som foreslået af Seo et al.32. I den henseende er det også værd at bemærke, at musene efter denne protokol trænes i grupper, samtidig med at de opretholder social interaktion. I protokollerne vist i dette papir var dyrenes afvisning af træning ikke-eksisterende i både de statiske og dynamiske stiger. Dette kan skyldes tilpasningsprotokollen.
Vores resultater viser, at forskellige protokoller med forskellige dyremodeller var effektive til at forbedre maksimal styrke. De var også følsomme nok til at opdage forskelle mellem genetisk modificerede dyr med ændringer i muskelfunktion og vildtypedyr, både i maksimal modstand og som reaktion på træning4. Desuden viste en sammenligning af træningsprogrammerne med den dynamiske stige (styrke og udholdenhedsmodstand), at alle grupper af mus øgede deres maksimale styrke, herunder C. For C kan det skyldes, at musene var unge i begyndelsen af træningsperioden og stadig voksede. Alligevel var forbedringen i S- og E-R-grupperne meget større, hvilket er tegn på effekten af træning. Desuden var E-R-gruppen klart bedre end S- og C-grupperne i udholdenhedstesten efter træning, som bestod i at klatre så mange trin som muligt med den maksimale vægt, der blev opnået i inkrementel test før træning. Desuden viste den inkrementelle løbebåndstest, at der ikke var noget fald i udholdenhed hos nogen af de trænede grupper, mens der blev observeret et fald i C-gruppen. Dette er i overensstemmelse med krydstræningseffekten af modstandstræning på udholdenhed, der tidligere er beskrevet33. Disse resultater antyder på den ene side specificiteten af de modstandstræningsprotokoller, der præsenteres i denne undersøgelse for at øge modstands- og udholdenhedskapaciteten. Samtidig viser begge træningsmetoder en forskellig effekt på fysisk kondition34, sandsynligvis på grund af et forskelligt sæt molekylære mekanismer udløst af hver træningsmodel, overlappende til en vis grad23.
Selvom disse træningsmodeller påvirkede den samlede resistens hos de involverede grupper af dyr, har vi også observeret en stor heterogenitet både i individernes startmodstand og i reaktionen på træning (figur 2 og figur 3). Denne observation er i overensstemmelse med, hvad der er blevet beskrevet af andre forfattere35. Dette bør tages i betragtning ved fortolkningen af resultaterne af interventionen i de forskellige parametre, der skal vurderes i prøverne fra disse dyr.
Endelig er den statiske stige også velegnet til excentrisk træning. Det kan udføres ved at falde ned med en næsten maksimal eller supramaksimal belastning. Den belastning, der anvendes til denne procedure, skal være høj (f.eks. 90%-100% eller derover af den maksimale inkrementelle koncentriske testbelastning). Når mus bærer en næsten maksimal belastning, forsøger de naturligvis at komme ned. I tilfælde af excentrisk træning er det nødvendigt at lade dyrene komme ned i stedet for at stige op i akklimatiseringsperioden. Af denne grund er det ikke let at kombinere både koncentrisk og excentrisk træning i mus, og kun en træningsmodel er mulig ad gangen.
Den største begrænsning af protokollerne, der præsenteres her, er, at evaluering af en eller anden form for styrke, såsom maksimal isometrisk styrke, ikke er mulig, så andre enheder og protokoller, såsom grebstyrke, skal bruges.
Afslutningsvis er modstandstræning og vurdering ved hjælp af statiske og dynamiske stiger en gennemførlig metode i dyreforsøg med en bred vifte af protokoller afhængigt af formålet med undersøgelsen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Den tilsvarende forfatter sikrer, at alle forfattere ikke har nogen interessekonflikter.
Acknowledgments
Dette arbejde blev delvist støttet af Ministerio de Economía y Competitividad, Spanien (DEP2012-39262 til EI-G og DEP2015-69980-P til BF-G). Tak til Frank Mcleod Henderson Higgins fra McLeod's English Centre i Asturien, Spanien, for sproghjælp.
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).
