Inductie en beoordeling van exertionele Skeletal spierbeschadiging in Humans

Het algemene doel van deze procedure is om op een veilige manier inspanningsgebonden skeletspierschade aan de musculus quadriceps femoris bij menselijke proefpersonen op te wekken en te kwantificeren met behulp van vrijwillige excentrische contracties. Dit protocol voor spierschade kan onderzoekers helpen bij het beantwoorden van kernvragen over de mechanismen van spieradaptatie en regeneratie na letsel. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat we de processen van spieradaptatie bij mensen kunnen bestuderen, waardoor interspecies-translatie van de resultaten overbodig is.

Hoewel deze methode kan worden gebruikt om spierschade in de context van lichaamsbeweging te bestuderen, kan deze ook worden toegepast bij het bestuderen van schade veroorzaakt door een duidelijk letsel. De procedure zal worden gedemonstreerd door Jake Sorensen, een PhD-student uit mijn laboratorium. Open de software voor de besturing van de dynamometer op de computer om het protocol voor de isokinetische krachttest op te stellen.

Selecteer een nieuw protocol uit de vervolgkeuzelijst en programmeer vervolgens op het tabblad 'unilateral' één set van drie herhalingen met een snelheid van 60 graden per seconde voor zowel de concentrische als excentrische contracties door een één in het veld voor het aantal sets in te voeren, een drie in de rij 'end by reps' te typen en 60 in zowel de rij 'speed away' als 'speed toward' te typen. Creëer daarna een isometrische krachttest met één set van drie isometrische contracties van elk vijf seconden bij een gewrichtshoek van 70 graden door een één in het veld 'positions' op het tabblad 'unilateral' te typen en een drie in de rij 'end by reps' onder de kolom 'position one' te typen. Selecteer vervolgens 70 in de rij met het label 'angle'.

Programmeer vervolgens het protocol voor excentrische oefeningen ter beschadiging van de spieren door op het tabblad unilateraal te klikken en 10 in te vullen in het veld voor het aantal sets. Typ in de eerste kolom 10 in de rij met het label end by reps. Typ vervolgens 180 in de volgende rij, met het label speed away, en 120 in de rij met het label speed toward.

Typ ten slotte in de rij met het label torque 200 tot 600, afhankelijk van de verwachte kracht van de proefpersoon, en voer 60 in het veld met het label rest time in seconds in. Begin met het maken van een visuele analoge schaal door een lijn van 100 millimeter horizontaal over een pagina te trekken. Geef aan de linkerzijde van de lijn geen pijn aan en aan de rechterzijde van de lijn extreme pijn.

Begeleid de proefpersoon vervolgens naar de testruimte en instrueer hem of haar om twee squats met eigen lichaamsgewicht uit te voeren om de nulmetingen van de spierpijn te verzamelen. Voer beide squats uit met de armen recht voor de schouders en de voeten op schouderbreedte, waarbij de juiste diepte is bereikt zodra de bovenbenen parallel aan de vloer staan. Vraag de proefpersoon vervolgens om de intensiteit van de spierpijn die hij of zij in de quadriceps femoris-spieren voelde tijdens de squats aan te geven door een verticale lijn op de juiste plek op de visuele analoge schaal te trekken.

Kwantificeer tot slot de mate van spierpijn bij de proefpersoon door de afstand in millimeters te meten vanaf het uiteinde 'geen pijn' van de visuele analoge schaal tot aan de markering van de proefpersoon. Vraag de proefpersoon, na een korte warming-up op een fietsergometer, om plaats te nemen in de stoel van de dynamometer. Stel de positie van de dynamometer zo in dat de rotatieas van de knie is uitgelijnd met die van de hefboomarm, en bevestig het been aan de asarm.

Noteer deze instellingen voor een reproduceerbare opstelling in de toekomst. Stabiliseer de proefpersoon met banden om de schouders, heupen, enkels en dijbenen. Informeer de proefpersoon vervolgens dat zij zullen samentrekken tegen de hefboom die stationair blijft.

Instrueer de proefpersoon aan de hand van de aanwijzingen op het computerscherm om drie contracties uit te voeren met een duur van vijf seconden per contractie. Start het isometrische protocol op de computer. Stel de ROM-limieten in, kalibreer de dynamometer en laat de proefpersoon de test twee tot drie keer oefenen met submaximale inspanning om de proefpersoon met de test vertrouwd te maken.

Zodra de proefpersoon klaar is, wordt deze gevraagd de armen over de borst te kruisen. Start de test en moedig de proefpersoon verbaal aan om bij elke contractie een maximale inspanning te leveren. Registreer de basismetingen van het koppel, het vermogen en de arbeid.

Geef de proefpersoon twee tot drie minuten rust en laad vervolgens het protocol voor de isokinetische krachtmeting in de computer. Informeer de proefpersoon dat zij drie extensie- en flexiecontracties zullen uitvoeren tegen de hefboom, die met een vaste snelheid zal bewegen. Laat hen weten dat de hefboom stopt wanneer het einde van de bewegingsuitslag is bereikt, en dat het doel is om tijdens de volledige bewegingsuitslag bij elke contractie zo krachtig mogelijk aan te spannen.

Laat de proefpersoon na enkele submaximale oefentests om gewend te raken, de armen over de borst kruisen en start de test. Moedig de proefpersoon verbaal aan om maximale inspanning te leveren en normaal door te ademen. Registreer de baseline-metingen van het koppel, het vermogen en de arbeid.

Laat de proefpersoon één tot drie dagen na het verzamelen van de isometrische en isokinetische baseline-metingen terugkeren naar het laboratorium om het protocol voor spierschadelijke excentrische oefeningen te voltooien. Na een warming-up wordt de proefpersoon gepositioneerd en vastgezet in de dynamometer met behulp van de eerder geregistreerde instellingen, waarna het oefenprotocol wordt geladen. Instrueer de proefpersoon om bij elke contractie tegen de hefboomarm aan te spannen om de beweging van de asarm in gang te zetten.

Leg vervolgens uit dat, terwijl de asarm met een vaste snelheid naar hen toe beweegt, hun doel is om hiertegen zo krachtig mogelijk aan te spannen. Wanneer de proefpersoon klaar is, start u de eerste set contracties door op de startknop op het scherm te drukken, en moedig hen tijdens het uitvoeren van de excentrische contracties verbaal aan om bij elke contractie een maximale inspanning te leveren. Herhaal tot slot direct na de spierschade-inducerende oefening zowel de isokinetische als de isometrische krachttesten, en doe dit vervolgens opnieuw na 24, 48, 72 en 96 uur.

Herhaal daarnaast de meting van de spierpijn na 24, 48, 72 en 96 uur na de inspanningstest. Resultaten van zeven ongetrainde jonge mannen laten zien dat de isometrische en isokinetische kracht, vergeleken met de situatie vóór de inspanning, respectievelijk tot 24 en 48 uur na de inspanning was afgenomen en daarna terugkeerde naar waarden die vergelijkbaar waren met die vóór de inspanning. Omgekeerd was de spierpijn significant toegenomen op 24, 48 en 72 uur na de inspanning.

Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze veilig en betrouwbaar worden uitgevoerd mits deze correct wordt toegepast. Houd er rekening mee dat het belangrijk is om de fysieke beperkingen van elke proefpersoon in overweging te nemen en de parameters dienovereenkomstig aan te passen. De parameters voor de gewrichtshoek in het protocol moeten worden verlaagd voor personen met een beperkte bewegingsuitslag en de doelkracht moet worden verlaagd voor zwakkere personen.

Na deze procedure kunnen andere methoden, zoals het verkrijgen van een bloed- of spierbiopt, worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden over de cellulaire en moleculaire reacties op schade. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe u op een veilige en ethische manier inspanningsgerelateerde spierschade bij menselijke proefpersonen kunt induceren en kwantificeren. Tot slot dient u er rekening mee te houden dat dit protocol een klein risico op rhabdomyolyse met zich meebrengt.

Proefpersonen dienen tijdens de follow-upbezoeken gescreend te worden op tekenen en symptomen van rhabdomyolyse, waaronder donkerbruine urine, misselijkheid en extreme spierzwakte.