Artigo de método

Indução e Avaliação da Exertional lesão muscular esquelético em humanos

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DOI:

10.3791/54859

⸱

11 de dezembro de 2016

 ,  , 
1Exercise Sciences, Brigham Young University

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

Este artigo descreve um método seguro e confiável para induzir e quantificar o dano muscular esquelético ao esforço em seres humanos.

Resumo

lesão muscular induzida pela contração via (alongamento) contrações voluntárias excêntricos oferece um excelente modelo para o estudo de adaptação e recuperação muscular em seres humanos. Aqui discutimos a concepção de um protocolo de exercício excêntrico para induzir a danos nos músculos do quadríceps, marcadas por mudanças na força, dor, e os níveis de creatina quinase plasmática. Este método é simples, ético e amplamente aplicáveis, uma vez que é realizada em participantes humanos e elimina a interespécies tradução dos resultados. Indivíduos executam 300 contrações excêntricas máximas dos músculos extensores do joelho a uma velocidade de 120 ° / s em um dinamômetro isocinético. A extensão dos danos é mensurável através de medidas isocinéticos e isométricos relativamente não-invasivas de perda de força, dor, e os níveis de creatina quinase plasmática ao longo de vários dias após o exercício. Portanto, a sua aplicação pode ser direcionado para populações específicas, na tentativa de identificar mecanismos para o músculoadaptação e regeneração.

Introdução

O objetivo geral deste procedimento é induzir danos ao esforço nos músculos quadríceps femoral usando contrações voluntárias de alongamento (excêntricas) em seres humanos.

O dano muscular esquelético induzido por contração é uma consequência comum do exercício que é marcado por dor muscular de início tardio1, perda transitória de força e enzimas musculares específicas elevadas no sangue2. O dano muscular ao esforço é mais pronunciado após exercícios aos quais o sujeito não está acostumado, principalmente quando contrações excêntricas estão envolvidas3. O dano muscular por esforço é tipicamente benigno. A dor diminui e as proteínas séricas e a força geralmente retornam aos níveis pré-dano dentro de alguns dias a semanas após o insulto prejudicial. Em casos extremos, o dano muscular por esforço pode levar a uma síndrome com risco de vida conhecida como rabdomiólise. No entanto, o dano muscular ao esforço geralmente é insuficiente para causar rabdomiólise clínica em indivíduos saudáveis4 na ausência de fatores compostos, incluindo estresse térmico, desidratação5, infecção6 ou predisposições genéticas raras7.

O dano muscular induzido pela contração é tipicamente menos grave do que a lesão induzida por toxina ou congelamento, métodos frequentemente usados em estudos com roedores8,9. No entanto, a lesão induzida por contração fornece um método útil para estudar a resposta ao dano muscular com vantagens notáveis. Em primeiro lugar, é um método seguro e ético para uso em seres humanos1-3. Assim, a tradução interespécies dos resultados não é necessária, pois os dados podem ser obtidos diretamente de seres humanos. Além disso, traduzir os dados obtidos em estudos com roedores é muito difícil, uma vez que a gravidade da lesão observada nos modelos de lesão de roedores excede o nível de dano que seria ético induzir em seres humanos. Em segundo lugar, o dano induzido pela contração é comumente experimentado e um processo natural de exercício. Portanto, esse modo de indução de dano é útil para estudar o dano muscular no contexto do exercício, adaptação ao exercício, bem como lesão muscular evidente. Aqui descrevemos um método seguro e confiável para induzir e avaliar o dano ao músculo esquelético usando contrações de alongamento em humanos.

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Protocolo

Os seguintes procedimentos estão em conformidade com as normas do Conselho de Revisão Institucional da Universidade Brigham Young (IRB).

1. Prepare os Protocolos de contração

NOTA: As seguintes instruções de protocolo são baseados no software Advantage Biodex. Navegar no software e operar o dinamômetro será diferente se forem utilizados diferentes sistemas.

  1. Força isocinética Protocolo de Teste
    1. Para fazer o protocolo isocinético, software de controle aberto dinamômetro no computador e selecione a guia "Protocolo" e, em seguida, selecione a guia "Record" na barra de ferramentas na parte superior da tela. Selecione "New Protocol" na lista suspensa.
    2. Na caixa "Tipo de Estudo", selecione a opção "Test".
    3. Selecione os seguintes parâmetros a partir dos menus suspensos: No menu "Mode" selecione isocinética. Sob o "Joint" menu de seleção do joelho. Debaixo de " Pattern ". Menu de selecção de flexão / extensão Selecione contrações concêntricas para ambos os movimentos de flexão e extensão Escolha." Reps "sob a" End por "menu suspenso.
    4. No "unilateral" programa guia 1 conjunto de 3 repetições a uma velocidade de 60 ° / s, tanto para a distância e direção contrações. Para fazer isso, digite "1" no campo "# sets" e digite "3" na linha "End por Reps". Em seguida, digite 60, tanto a "velocidade Away" e "velocidade em direção à" linhas.
    5. Use 90 ° como o ponto de referência anatômica e definir a faixa de limites de movimento para aproximadamente 10 ° de distância e 110 ° na direcção (0 ° = extensão total, 135 ° = Flexão completa) .Para fazer isso, selecione o botão "set ROM" no lado esquerdo da tela. Calibra-se o braço de alavanca de modo a que 90 ° é paralelo ao chão (como indicado através do indicador de ângulo do braço de alavanca fornecida no ecrã de computador). Em seguida, utilizando 90 ° o re como anatómicaponto de conferência, defina o intervalo de limites de movimento para aproximadamente 10 ° de distância e 110 ° na direcção (0 ° = extensão total, 135 ° = flexão completa).
      NOTA: As configurações de ângulo conjuntas dadas aqui são os preferidos, no entanto essas configurações devem ser modificadas em uma base caso-a-caso, especialmente quando se trabalha com indivíduos com a deformidade em flexão fixa ou outra limitação.
    6. Nome do protocolo no campo "Descrição" no canto inferior esquerdo da tela e selecione o botão Salvar na barra de menu superior.
  2. A força isométrica Protocolo de Teste
    1. Repita os passos 1.1.1 para começar a fazer o protocolo isométrico.
    2. Selecione a opção "Test" na caixa "Tipo de Estudo".
    3. Selecione os seguintes parâmetros a partir dos menus suspensos: No menu "Mode" selecione "isométrica". Sob o menu "Joint", selecione "joelho". Sob o menu "Padrão", selecione "flexão / extensão". Sob o título "Contraction Direction "menu, selecione" ausente ". Em" fim por "menu, selecione" representantes ".
    4. Programa um teste com um conjunto de 3 contrações isométricas com duração de 5 segundos cada em um ângulo de articulação de 70 °. Para fazer isso, digite "1" no campo "Posições" na aba "unilateral". Nos termos da posição # 1 coluna, digite "3" na linha "End por Reps". Na linha "Angle" selecionar "70".
    5. Selecione 90 ° como o ponto de referência anatômica e um limite de distância e 70 °.
    6. Nome do protocolo no campo "Descrição" no canto inferior esquerdo da tela e selecione o botão Salvar na barra de menu superior.
  3. Muscle Danificar excêntrica Protocolo de exercícios
    1. Para fazer o protocolo de exercício excêntrico, software de controle aberto dinamômetro no computador e selecione a guia "Protocolo". Em seguida, selecione a guia "Record" na barra de ferramentas na parte superior da tela. Agora clique em "Novo Protocolo &# 34; na lista suspensa.
    2. Selecione a opção "exercício" da caixa "Tipo de Estudo".
    3. Selecione os seguintes parâmetros a partir dos menus suspensos: No menu "Mode" selecione "isocinético". Sob o menu "Joint", selecione "joelho". Sob o menu "Padrão", selecione "Extensão / Flexão". Sob o menu "contração", selecione "Con / ECC".
    4. Na guia "Unilateral", programa de 10 séries de 10 repetições com velocidades de 180 ° / seg de distância e 120 ° / s em relação com 60 segundos de descanso entre as séries.
      1. Digite "10" no campo "# Sets".
      2. Na primeira coluna (rotulado # 1), digite "10" na linha rotulada "End por Reps". Em seguida, digite "180" na próxima linha "velocidade de distância". Na próxima linha rotulada "velocidade em direção", digite "120". Na linha "Binário", tipo 200 a 600, dependendo da força antecipada dos sem prejuízo.
      3. Repita o passo 1.3.4.2 para conjuntos # 2 a # 10.
      4. Tipo 60 no "Resto Tempo em segundos" campo.
    5. Digite 90 ° no campo "Anatomical Referência".
    6. Selecione o botão "Set ROM" no lado esquerdo da tela e definir a faixa de limites de movimento a 40 ° de distância e 110 ° na direcção (0 ° = extensão total, 135 ° = flexão completa). Essas configurações fornecem a amplitude de movimento através do qual o sujeito deve oferecer resistência contra o braço do dinamômetro. Como medida de segurança, o banco vai parar de se mover se o sujeito pára proporcionando resistência dentro deste intervalo especificado de movimento.
      1. Para definir a amplitude de movimento, selecione o botão "set ROM" no lado esquerdo da tela. Calibra-se o braço de alavanca de modo a que 90 ° é paralelo ao chão (como indicado através do indicador de ângulo do braço de alavanca fornecida no ecrã de computador). Em seguida, usando 90 ° como o ponto de referência anatômica, set a gama de limites de movimento a 40 ° de distância e 110 ° no sentido de (0º = extensão total, 135 ° = flexão completa).
        NOTA: Essas configurações de ângulo conjuntas são sugestões para um assunto típico saudável. Estes devem ser modificado para atender as habilidades de um indivíduo para outro.
    7. Nome do protocolo no campo "Description" e selecione o botão "Save" na barra de ferramentas superior.

2. Medidas de linha de base

  1. Medidas dor
    1. Fazer uma escala visual analógica, traçando uma linha 100 milímetros horizontalmente em uma página.
    2. No lado da mão esquerda da linha indicam "nenhuma dor" e no lado da mão direita da linha indicam "dor extrema" (Figura 1). Este método é comumente usado para avaliar-dor muscular tardia 1,10,11.
    3. Instruir o sujeito a fazer duas squats de peso corporal. Realizar as duas agachamento com straigh braços estendidost para fora na frente da ombros e os pés na largura dos ombros. profundidade adequada é alcançada quando as pernas superiores são paralelos ao chão antes de voltar à posição inicial.
    4. Peça ao sujeito para indicar a intensidade da dor que ele ou ela se sentiu no quadríceps femoral durante o agachamento, traçando uma linha vertical no local apropriado na escala analógica visual.
    5. Quantificar o nível do objecto de dor medindo a distância em milímetros a partir do final de não-dor da escala analógica visual para a marca de assunto.
  2. Serum Creatina Kinase
    CUIDADO: Usar luvas de protecção antes de manusear sangue e dispor de agulhas imediatamente após o uso em um recipiente apropriado como por hospital ou política da universidade.
    1. Siga os procedimentos de flebotomia padronizados para retirar sangue da região antecubital do braço do sujeito em condições de jejum para se obter 5 a 6 ml de sangue 12.
    2. Centrifugar aamostra de sangue a 15 xg durante 15 min a 3 ° C para separar o soro a partir de células de sangue.
    3. Usando uma pipeta de transferência, transferir a amostra de soro para um tubo de microcentrífuga rotulado de forma adequada para o ponto de tempo e sujeito.
    4. Armazenar a amostra a -80 ° C para uso posterior.
    5. Ensaiar a amostras de soro para a actividade da creatina quinase, utilizando um kit disponível comercialmente de acordo com o protocolo do fabricante. Alternativamente, as amostras de soro pode ser transportado para um laboratório para diagnóstico médico local para análise.
  3. Preparação Assunto
    1. Quarenta e oito horas antes da visita do assunto, instruí-los a evitar exercícios extenuantes ou não acostumados, não-esteróides anti-inflamatórios e álcool.
    2. Quando o assunto chega, recolher peso, altura, sexo e perna informações dominância antes da instalação. dominância na perna pode ser determinada por pedir o assunto com qual perna que iria escolher para chutar uma bola.
    3. Ter a subjetividadet aquecer a 50 a 150 W por 10 minutos em uma bicicleta ergométrica antes de realizar os testes de resistência.
    4. Após o warm-up pergunte o assunto para se sentar na cadeira do dinamômetro. Para ajustar a inclinação, altura, profundidade, reclinar, e a rotação do braço do assento e do eixo para encaixar o assunto. Utilizar o côndilo femoral lateral como uma referência e alinhar o eixo de rotação do joelho com que o braço do eixo de dinamómetro. Ajuste o comprimento do braço do eixo de modo que é apenas proximal ao maléolo medial, e seguro com cinta. Assunto deve ser capaz de plantar flex confortavelmente com gama completa de movimento.
    5. Deixar espaço suficiente (25 mm) entre o bordo frontal do assento e a parte traseira da perna para permitir a máxima flexão da articulação do joelho sem beliscar ou desconforto.
    6. Estabilizar assunto com alças de ombro, quadril, tornozelo e coxa. Para isolar os extensores do joelho e evitar envolvimento muscular acessório, é essencial que o assunto ser firmemente estabilizada.
    7. Tenha o assunto executar3-5 extensão prática manobras / flexão do joelho, gama de monitores de movimento e sinais de desconforto que possam existir antes de iniciar o protocolo de contração, e ajustar conforme necessário.
    8. Agora que os componentes ajustáveis ​​do banco são devidamente equipado para o assunto, registrar a posição configurações de posição do assento e braço do eixo para a instalação repetível nas visitas subseqüentes.
      NOTA: É importante que o assunto é seguro e confortável. O banco de rolos é equipado com um botão de parada de emergência, tanto para o sujeito e do operador em caso de uma emergência.
  4. Medição de força
    1. Após o assunto está devidamente orientada no banco e o protocolo de teste de força isométrica é carregado, instrua o assunto sobre como realizar o teste.
      1. Diga o assunto que ele ou ela será contratante contra o braço de alavanca que vai ficar parado. Diga o assunto para seguir as instruções da tela do computador fazendo 3 contrações com duração de 5 segundos each.
      2. Diga o assunto para manter o esforço máximo para cada contração. Diga o assunto para respirar durante as contrações. Peça ao indivíduo para cruzar os braços sobre o peito durante o teste.
      3. Inicie o protocolo isométrica e permitir que o sujeito praticar o teste com esforço submáximo. Este julgamento prática vai familiarizar o sujeito ao teste, bem como fornecer um específico do teste warm-up. Permitir que o sujeito para praticar o teste de 2 a 3 vezes.
    2. Uma vez que o assunto está pronto, iniciar o teste e verbalmente incentivar o assunto para fornecer esforço máximo para cada contração.
    3. Registro de torque, potência e trabalho. O software também calcula o coeficiente de variação (uma representação estatística da validade do teste baseado em reprodutibilidade de desempenho, valores mais baixos indicam maior reprodutibilidade). Se o coeficiente de variação superior a 15%, repetir o teste. Repita o teste até 4 vezes. Se o sujeito é incapaz de produzir um coeficiente of variação inferior a 15% após 4 tentativas utilizar os dados a partir do conjunto que rendeu o menor coeficiente de valor de variação.
    4. Permitir que o assunto de dois a três minutos para descansar, e depois carregar o protocolo isocinético para obter dados de força isocinética.
    5. Após o sujeito é presa no assento, instruir sobre como realizar o ensaio isocinético.
      1. Diga o assunto que eles vão estar fazendo três contrações de flexão e extensão contra o braço de alavanca que irá mover a uma taxa fixa. Diga o assunto, o objetivo é contratar com tanta força quanto possível em toda a amplitude de movimento para cada contração.
      2. Diga-lhes que o braço de alavanca vai parar quando atingem o fim da amplitude de movimento. Peça ao sujeito para cruzar os braços sobre o peito durante o teste. Relembre o assunto para não se prender a respiração durante as contrações
        NOTA: Embora os dados recolhidos a partir do componente de flexão da contração pode não ser de interesse para o pesquisador, subjECTS que fornecem esforço máximo, tanto para a flexão e extensão manobras tendem a produzir uma melhor consistência vigor durante a manobra de extensão.
    6. Iniciar o teste e verbalmente incentivar o assunto para fornecer esforço máximo.
    7. Registro de torque, potência e trabalho. O software também calcula o coeficiente de variação (uma representação estatística da validade do teste baseado em reprodutibilidade de desempenho, valores mais baixos indicam maior reprodutibilidade). Se o coeficiente de variação superior a 15%, repetir o teste.
      1. Repita o teste até 4 vezes. Se o sujeito é incapaz de produzir um coeficiente de variação inferior a 15% após 4 tentativas, utilizar os dados a partir do conjunto que rendeu o menor coeficiente de valor de variação.

Indução 3. Danos

  1. Um a três dias após as medições da linha de base da Parte 2, tem o retorno sujeito para o laboratório para a porção de indução do danoprotocolo
  2. Tenha o assunto warm-up em uma bicicleta ergométrica durante 10 minutos a 50 a 150 W.
  3. Após o warm-up, orientar e proteger o indivíduo no dinamômetro usando as configurações de ajuste gravadas na etapa 2.3.7, carregar o músculo danificar protocolo de exercício excêntrico e instruir o assunto sobre como executar corretamente o exercício.
    1. Conte o assunto que eles vão contrair contra o braço de alavanca para iniciar o movimento do braço do eixo para cada contracção. Diga o assunto que, como o braço do eixo se move na direção deles a uma taxa fixa, seu objetivo é contratar contra ele com toda a força possível.
    2. Permitir que o sujeito a agarrar as pegas localizadas em ambos os lados do assento.
    3. Diga o assunto para respirar durante as contrações; expire durante a fase excêntrica.
  4. Quando o assunto estiver pronto, iniciar o primeiro conjunto de contrações, pressionando o botão start na tela.
  5. Verbalmente incentivar o assunto para manter ef máximafort para cada contração.
  6. Siga as instruções na tela que irá orientar o assunto através de 10 séries de 10 repetições com um período de descanso de 1 min entre as séries.
  7. Uma vez que 10 conjuntos estão concluídas permitir que o sujeito 1 a 5 min para descansar antes de repetir o protocolo.
    NOTA: O número máximo de conjuntos disponíveis no âmbito do protocolo excêntrico é de 10 no entanto, isso pode variar dependendo do dinamômetro e software usado. O restante fornece o tempo para o operador para recarregar o protocolo, se necessário.
  8. Repetir o procedimento mais duas vezes para um total de 300 contracções predominantemente excêntricos.

Avaliação de Danos 4. Muscle

  1. Repetir ambos os testes de força isométrica, como descrito em 2.4, imediatamente após o exercício e prejudicial às 24, 48, 72, e 96 horas depois e isocinética.
  2. Repetir a medição dor como descrito na parte 2.1 em 24, 48, 72 e 96 horas depois de danificar exercício. Certifique-se de usar uma nova escala visual analógica para cadaavaliação de modo a que o sujeito não pode ver as suas respostas anteriores.
  3. Repetir a retirada de sangue, conforme descrito na parte 2.2 para o ensaio de cinase de creatina em 48 e 120 horas após o dano de exercício, ou em pontos de tempo ditados pelo protocolo experimental.
  4. Determinar os dados de creatina-quinase, resistência e dor no eixo dos y de um gráfico em função do tempo no eixo x.
  5. Observe como essas variáveis ​​desviar-se e voltar aos valores basais nos dias seguintes exercício, indicando danos e reparação, respectivamente.

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Resultados

Utilizando os métodos aqui apresentados, dor de linha de base, a atividade da creatina quinase sérica e força medições (isométrica e isocinética) foram tiradas em 7 homens jovens destreinados. No dia seguinte, os indivíduos foram submetidos músculo danificar protocolo de contração excêntrica descrito acima. Para fornecer índices de lesão muscular, acompanhar as avaliações de força, dor e atividade da creatina quinase sérica foram feitas. A força foi medido imediatamente após, bem como 24...

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Discussão

Vários passos são fundamentais para a obtenção dos resultados desejados do presente protocolo. Em primeiro lugar, os indivíduos devem ser adequadamente familiarizado com os protocolos contração, particularmente as medições de força. Certifique-se de que o sujeito entende exatamente o que eles são esperados para fazer e dar-lhes uma oportunidade de praticar os testes de resistência antes da coleta de dados. Indivíduos que não estejam adequadamente familiarizados com estes procedimentos podem mostrar uma curva de aprendiz...

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Divulgações

Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

Os autores não têm agradecimentos.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Biodex DynomometerBiodex Medical Systems850-000Outros modelos estão disponíveis e devem produzir resultados semelhantes
Kit de creatina quinaseSigma-Aldrich MAK116
Aspirador de SoroBD Bioscience367812
Conjunto de coleta de sangue com botão de pressão aladoBD Bioscience367338
Frascos criogênicosSigma-AldrichV5007Usamos o 2  ml frascos para injetáveis para armazenar alíquotas de soro

Referências

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