Indukcja i ocena wysiłkowych uszkodzeń mięśni szkieletowych u ludzi

Ogólnym celem niniejszej procedury jest bezpieczne wywołanie i ilościowe określenie wysiłkowego uszkodzenia mięśni szkieletowych mięśnia czworogłowego uda u ludzi z wykorzystaniem dobrowolnych skurczów ekscentrycznych. Ten protokół wywoływania uszkodzeń mięśni może pomóc badaczom w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące mechanizmów adaptacji i regeneracji mięśni po urazie. Główną zaletą tej techniki jest możliwość badania procesów adaptacji mięśniowej bezpośrednio u ludzi, co eliminuje konieczność translacji wyników między gatunkami.

Choć tę metodę można wykorzystać do badania uszkodzeń mięśni w kontekście ćwiczeń fizycznych, może ona służyć również do badania uszkodzeń spowodowanych wyraźnym urazem. Procedurę zaprezentuje Jake Sorensen, doktorant z mojego laboratorium. Aby utworzyć protokół testu siły izokinetycznej, należy zacząć od uruchomienia oprogramowania sterującego dynamometrem na komputerze.

Wybierz nowy protokół z listy rozwijanej, a następnie w zakładce jednostronnej (unilateral) zaprogramuj jeden zestaw trzech powtórzeń przy prędkości 60 stopni na sekundę dla skurczów w obu kierunkach (oddalania i przyciągania), wpisując liczbę 1 w polu liczby zestawów, 3 w wierszu powtórzeń końcowych oraz 60 w wierszach prędkości oddalania i prędkości przyciągania. Następnie utwórz test siły izometrycznej z jednym zestawem trzech skurczów izometrycznych trwających po pięć sekund przy kącie stawowym 70 stopni, wpisując 1 w polu pozycji w zakładce jednostronnej oraz 3 w wierszu powtórzeń końcowych w kolumnie pozycji pierwszej. Następnie wybierz wartość 70 w wierszu opisanym jako kąt.

Następnie zaprogramuj protokół ćwiczeń ekscentrycznych powodujących uszkodzenie mięśni, klikając zakładkę jednostronną (unilateral) i wpisując 10 w polu liczby serii. W pierwszej kolumnie wpisz 10 w wierszu opisanym jako powtórzenia (reps). Następnie wpisz 180 w kolejnym wierszu, opisanym jako prędkość oddalania (speed away), oraz 120 w wierszu opisanym jako prędkość przybliżania (speed toward).

Na koniec, w wierszu opisanym jako moment obrotowy, wpisz od 200 do 600 w zależności od przewidywanej siły badanego, a w polu czas odpoczynku w sekundach wpisz 60. Rozpocznij od stworzenia wizualnej skali analogowej poprzez narysowanie poziomej linii o długości 100 milimetrów na stronie. Po lewej stronie linii zaznacz brak tkliwości, a po prawej stronie linii zaznacz ekstremalną tkliwość.

Następnie poprowadź badanego do pomieszczenia testowego i poproś go o wykonanie dwóch przysiadów z masą własnego ciała w celu zebrania pomiarów bazowych zakwaszenia. Oba przysiady należy wykonać z rękami wyciągniętymi prosto przed barkami i stopami rozstawionymi na szerokość barków; odpowiednia głębokość zostaje osiągnięta, gdy górne części ud znajdą się równolegle do podłogi. Następnie poproś badanego o wskazanie intensywności odczuwanego podczas przysiadów zakwaszenia w mięśniach czworogłowych uda poprzez narysowanie pionowej linii w odpowiednim miejscu na wizualnej skali analogowej.

Na koniec określ poziom bolesności u badanej osoby, mierząc odległość w milimetrach od końca skali analogowej (brak bolesności) do zaznaczenia wykonanego przez badanego. Po krótkiej rozgrzewce na ergometrze rowerowym poproś badanego o zajęcie miejsca w fotelu dynamometru. Dostosuj ustawienia pozycji dynamometru tak, aby oś obrotu kolana pokrywała się z osią ramienia dźwigni, a następnie przymocuj nogę do ramienia wału.

Zapisz te ustawienia, aby umożliwić powtarzalną konfigurację w przyszłości. Unieruchom badanego za pomocą pasów na ramionach, biodrach, kostkach i udach. Następnie poinformuj badanego, że będzie wykonywać skurcz przeciwko ramieniu dźwigni, które pozostanie nieruchome.

Należy instruować badanego zgodnie z komunikatami wyświetlanymi na ekranie komputera w celu wykonania trzech skurczów, z których każdy powinien trwać pięć sekund. Uruchom protokół izometryczny na komputerze. Ustaw granice zakresu ruchu (ROM), skalibruj dynamometr i pozwól badanemu wykonać test próbnie dwa lub trzy razy z wysiłkiem podmaksymalnym, aby zapoznać go z procedurą.

Gdy badany jest gotowy, poproś go o skrzyżowanie ramion na klatce piersiowej. Rozpocznij test i zachęcaj badanego słownie do włożenia maksymalnego wysiłku przy każdym skurczu. Zapisz pomiary bazowe momentu obrotowego, mocy oraz pracy.

Pozwól badanemu odpocząć przez dwie do trzech minut, a następnie wczytaj na komputer protokół testu siły izokinetycznej. Poinformuj badanego, że wykona trzy skurcze wyprostne i zginające przeciwko ramieniu dźwigni, które będzie poruszać się ze stałą prędkością. Poinformuj go, że ramię dźwigni zatrzyma się po osiągnięciu końca zakresu ruchu, a celem jest wykonanie jak najsilniejszego skurczu w całym zakresie ruchu podczas każdego powtórzenia.

Po kilku podmaksymalnych testach próbnych w celu oswojenia badanego, poproś go o skrzyżowanie ramion na klatce piersiowej i rozpocznij test. Zachęcaj badanego słownie do włożenia maksymalnego wysiłku oraz do normalnego oddychania. Zapisz pomiary bazowe momentu obrotowego, mocy i pracy.

Od jednego do trzech dni po zebraniu pomiarów wyjściowych izometrycznych i izokinetycznych, poproś badanego o powrót do laboratorium w celu przeprowadzenia protokołu ćwiczeń ekscentrycznych powodujących uszkodzenie mięśni. Po rozgrzewce ustaw i zabezpiecz badanego w dynamometrze, korzystając z wcześniej zapisanych ustawień regulacji, a następnie załaduj protokół ćwiczeń. Poinstruuj badanego, aby podczas każdego skurczu napinał mięśnie przeciwko ramieniu dźwigni w celu zainicjowania ruchu ramienia wału.

Następnie wyjaśnij, że w miarę gdy ramię wału porusza się w ich kierunku ze stałą prędkością, ich celem jest kurczenie mięśni przeciwko niemu z jak największą siłą. Gdy badany będzie gotowy, rozpocznij pierwszy zestaw skurczów, naciskając przycisk start na ekranie, a podczas wykonywania skurczów ekscentrycznych zachęcaj ich słownie do utrzymania maksymalnego wysiłku przy każdym skurczu. Na koniec, bezpośrednio po ćwiczeniu powodującym uszkodzenie mięśni, powtórz zarówno izokinetyczne, jak i izometryczne testy siły, a następnie powtórz je po 24, 48, 72 i 96 godzinach.

Dodatkowo powtórz pomiar bolesności w 24, 48, 72 i 96 godzinach po teście wysiłkowym. Wyniki uzyskane od siedmiu niewytrenowanych młodych mężczyzn wykazują, że w porównaniu do stanu przed wysiłkiem, siła izometryczna i izokinetyczna była zmniejszona odpowiednio do 24 i 48 godzin po wysiłku, a następnie powróciła do wartości zbliżonych do poziomu przed wysiłkowym. Odwrotnie, bolesność była istotnie zwiększona w 24, 48 i 72 godzinach po wysiłku.

Po opanowaniu techniki można ją wykonywać w sposób bezpieczny i niezawodny, pod warunkiem jej prawidłowego przeprowadzenia. Należy pamiętać, że istotne jest uwzględnienie ograniczeń fizycznych każdego badanego i odpowiednie dostosowanie parametrów. Parametry kąta stawowego w protokole powinny zostać zmniejszone w przypadku osób z ograniczonym zakresem ruchu, a siła docelowa powinna być zredukowana u osób słabszych.

Po wykonaniu tej procedury można zastosować inne metody, takie jak pobranie próbki krwi lub mięśni, w celu odpowiedzi na dodatkowe pytania dotyczące odpowiedzi komórkowej i molekularnej na uszkodzenia. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat bezpiecznego i etycznego wywoływania oraz ilościowego określania wysiłkowego uszkodzenia mięśni u ludzi. Na koniec należy pamiętać, że protokół ten niesie ze sobą niewielkie ryzyko wywołania rabdomiolizy.

Podczas wizyt kontrolnych należy badać pacjentów pod kątem objawów rabdomiolizy, do których należą ciemnobrązowy mocz, nudności oraz ekstremalne osłabienie mięśni.