Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Forbedring af styrke, magt, muskel-aerob kapacitet og glukosetolerance gennem kortvarig progressiv styrkeuddannelse blandt ældre mennesker

Published: July 5, 2017 doi: 10.3791/55518
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1, 1, 1,2, 1, 1
1Åstrand Laboratory of Work Physiology, The Swedish School of Sport and Health Sciences, GIH, 2Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, 3Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet

Summary

Effekten af ​​kortvarig modstandstræning på ældre blev undersøgt ved samtidig brug af flere metoder. Sammenlignet med en kontrolgruppe blev der set mange forbedringer, herunder muskel-aerob kapacitet, glukosetolerance, styrke, styrke og muskelkvalitet ( dvs. protein involveret i celle-signalering og sammensætning af muskelfibre).

Abstract

Denne protokol beskriver samtidig brug af et bredt spektrum af metoder til at undersøge muskel-aerob kapacitet, glukosetolerance, styrke og effekt hos ældre, der udfører kortsigtet modstandstræning (RET). Overvågning af progressiv modstandstræning i 1 time tre gange om ugen i 8 uger blev udført af RET-deltagere (71 ± 1 år, intervall 65-80). Sammenlignet med en kontrolgruppe uden træning viste RET forbedringer af de foranstaltninger, der blev brugt til at indikere styrke, styrke, glukosetolerance og flere parametre for muskel-aerob kapacitet. Styrketræning blev udført i et motionscenter med kun robust træningsudstyr. Et isokinetisk dynamometer til knæforlængningsstyrke tillod måling af koncentrisk, excentrisk og statisk styrke, hvilket steg for RET-gruppen (8-12% efter-versus forprøve). Kraften (kraftfrekvensudviklingen, RFD) ved begyndelsen 0-30 ms viste også en stigning for RET-gruppen (52%). En glukosetolerance test med frequeNt blodglucosemålinger viste kun forbedringer for RET-gruppen i form af blodglukoseværdier efter 2 timer (14%) og området under kurven (21%). Blodlipidprofilen forbedredes også (8%). Fra muskelbiopsiprøver fremstillet ved hjælp af histokemi steg mængden af ​​fibertype IIa, og en tendens til et fald i IIx i RET-gruppen afspejlede en ændring til en mere oxidativ profil i form af fibersammensætning. Western blot (for at bestemme proteinindholdet relateret til signaleringen for muskelproteinsyntese) viste en stigning på 69% i både Akt og mTOR i RET-gruppen; Dette viste også en stigning i mitokondriale proteiner for OXPHOS-kompleks II og citratsyntase (begge ~ 30%) og for komplekse IV (90%), kun i RET-gruppen. Vi demonstrerer, at denne type progressiv modstandstræning giver forskellige forbedringer ( fx styrke, magt, aerob kapacitet, glukosetolerance og plasma lipidprofil).

Introduction

Aldring er forbundet med tab af muskelmasse (sarkopi), styrke og kraft. Reduceret styrke, og sandsynligvis endnu vigtigere, strøm, resulterer i immobilitet, en øget risiko for skade og en reduceret livskvalitet. Modstandstræning er en velkendt strategi til at modvirke sarkopi og forringe muskelfunktionen. Et groft estimat af muskelstyrke kan opnås ud fra belastningen eller antallet af opnåede gentagelser. Denne undersøgelse fik imidlertid mere detaljeret og præcis information om muskelfunktion ved anvendelse af et isokinetisk dynamometer til at indsamle information om drejningsmomentet under isometrisk, koncentrisk og excentrisk sammentrækning samt på kinetikken af ​​kraftudvikling.

Aerob kapacitet, både på hele kropsniveauet (VO 2max ) og i skeletmuskel, reduceres hos ældre. Faldet i hjertefrekvens med alder forklarer en stor del af faldet i VO 2max 1 , men reduceret musRen oxidativ kapacitet, der i høj grad er relateret til nedsat fysisk aktivitet 2 , bidrager. Forringet mitokondriel funktion kan også være involveret i udviklingen af ​​sarkopi og insulinresistens 3 . Den muskel-aerobiske kapacitet blev vurderet i muskelbiopsier gennem biokemiske analyser af indholdet af mitokondrie-enzymer og proteinkomplekser placeret både i matrixen ( dvs. citratsyntase) og den indre mitokondrielle membran. Derudover blev histokemiske teknikker brugt til at måle effekten af ​​modstandstræning på muskelmorfologi ( dvs. sammensætning af fibertype, fiber tværsnitsareal og kapillærtæthed). En alternativ metode til vurdering af muskel-aerob kapacitet er at anvende magnetisk resonansspektroskopi til at måle hastigheden af ​​kreatinphosphatresyntese efter træningsfremkaldt udtømning 4 . Denne metode giver et estimat af in vivo muskel aerob kapacitY men kan ikke diskriminere mellem mitokondriel dysfunktion og kredsløbssygdomme. Desuden begrænser de høje omkostninger ved udstyr anvendelsen af ​​denne teknik i de fleste laboratorier. Aerob kapacitet (VO 2max og mitokondrieltæthed) kan forbedres ved udholdenhedsøvelse hos både unge og gamle 5 , 6 . Effekten af ​​modstandstræning på disse parametre er imidlertid blevet undersøgt mindre, især hos ældre personer, og resultaterne er modstridende 7 , 8 , 9 , 10 .

Type 2 diabetes er en udbredt sygdom hos den ældre befolkning. Fysisk inaktivitet og fedme er vigtige livsstilsrelaterede faktorer, der forklarer den øgede forekomst af type 2 diabetes. Lavintensiv aerob træning anbefales ofte til personer med nedsat glukosetolerance. Det er dog ikkeLær hvordan styrketrening hos ældre påvirker glukosetolerance / insulinfølsomhed 11 , 12 . Den mest nøjagtige måde at måle insulinfølsomhed på er at anvende glukoseklemmeteknikken, hvor blodglukosen opretholdes konstant ved glucoseinfusion under betingelser med forhøjet insulin 13 . Ulemperne med denne teknik er, at det er tidskrævende og invasiv (arteriel kateterisering) og kræver særlige laboratoriefaciliteter. I denne undersøgelse blev den oral glukosetolerancetest, som er almindelig i sundhedsenheder, brugt. Denne metode er egnet, når flere emner skal undersøges i en begrænset periode.

Prøvningen og tidslinjen for den eksperimentelle procedure kan opsummeres som følger. Brug tre separate dage til test før og efter en otte-ugers periode med samme arrangement og tilnærmede tidsplaner (≥24 timer mellem hver dag < Stærk> Figur 1). På den første testdag måles: antropometriske data, såsom højde, kropsmasse, fedtfri masse (FFM) og øvre ben omkreds ( dvs. 15 cm over apex patellae i en afslappet liggende stilling); Submaximal cykliske evne; Og knæmuskelstyrke som beskrevet i trin 4 og 5. Tag en muskelbiopsi fra låret på den anden testdag. For yderligere beskrivelser, se trin 6.1. Test oral glukosetolerance (OGTT) på den sidste testdag. For yderligere beskrivelser, se trin 7.1. Bed alle deltagere om at undgå kraftig fysisk aktivitet i 24 timer og hurtigere natten over før hver testdag. Men bed dem om at undgå anstrengende fysisk aktivitet i 48 timer før OGTT testdagen. Bed dem om at følge deres normale daglige fysiske aktivitet og kostvaner. Bemærk, at før og efter interventionen var begge gruppers selvrapporterede fødeindtag og type fødevarer uændrede.

Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Figur 1: Eksperimentel protokol. Skematisk diagram. Tidspunktet mellem de tre før- og efterprøver var ens for hvert fag og var mindst 24 timer. Yderligere oplysninger findes i teksten. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Klik venligst her for at se en større version af denne figur.

Denne undersøgelse forsøgte at undersøge effekten af ​​kortsigtet modstandstræning hos ældre på muskeloxidativ kapacitet og glukosetolerance. Det andet mål var at undersøge effekten på styrke, styrke og muskelkvalitativ forbedring ( dvs. proteiner involveret i cellesignalering og sammensætning af muskelfibre).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Det regionale etiske udvalg i Stockholm, Sverige, godkendte udformningen af ​​undersøgelsen.

1. Materiale

  1. Rekruttere relativt sunde kvinder og mænd 65-80 år, der har BMI værdier mellem 20 og 30 kg · m -2 . Randomize dem i to grupper. Sørg for, at individer i begge grupper har relativt lave fysiske aktivitetsniveauer ( dvs. moderat daglig fysisk aktivitet og ingen regelmæssig træning).
  2. Udelukkende betablokkere og personer med kronisk hjertesygdom og alvorlige neurologiske eller fælles problemer.
  3. Spørg emnerne for deres skriftlige samtykke efter at have informeret dem om mulig ubehag og risici i test- og træningssessionerne.
  4. Balancér modstandstræning (RET) og kontrol uden træning (CON) grupper med hensyn til alder, køn og BMI. Bed en gruppe om at udføre RET under en træner i 1 time tre gange om ugen i otte uger; Den anden gruppe vil tjene som kontrolLs (CON).

2. Test og træning

Bemærk: De otte øvelser er standardstyrketræningsøvelser: Siddende benpress, Siddende brystklemme, Lænestik i brystet, Siddende ryglængde, Siddende skulderpress, Siddende roning, Siddende benforlængelse (Knæforlængelse) og tilbøjelig benkrumning (Knæfleksion) ; Se figur 8 i repræsentative resultater sektionen.

  1. I løbet af den første træning skal du vurdere maksimal styrke ved en maksimal gentagelse (1 RM) for hver træning.
    BEMÆRK: 1 RM-modellen bruges almindeligvis og defineres som den belastning, hvor motivet kun kan løfte eller skubbe modstanden kun én gang men ikke to gange.
    1. Før starten skal du bede deltagerne om at udføre en kort opvarmning (med nogle indledende forsøg ved meget lave vægtbelastninger) af den testede øvelse. Herefter øges belastningen til lige under den sandsynlige 1 RM værdi (oftest maksimalt 3-4 øget loannoncer). Registrér den maksimale belastning, som motivet kun kan udføre én gang (= 1 RM).
    2. Mål 1 RM i de otte standardstyrke træningsøvelser (se figur 8 i afsnittet Repræsentative resultater). Bed fagene om at hvile i mindst 2-3 minutter mellem hver testet øvelse.
      BEMÆRK: Styrketræningsudstyr blev anvendt til alle træningsøvelser, herunder test af hver træning.
  2. Bed hele RET-gruppen om at udføre 1 timers overvåget styrketræning tre gange om ugen i otte uger. Bed deltagerne om at udføre de otte ovennævnte standard træningsøvelser efter opvarmning. De skal gentage en øvelse 12 gange i hvert sæt og udføre tre sæt af hver øvelse. Tillad hvile i 1 min mellem hvert sæt og 2-3 min mellem hver øvelse.
    1. Bed fagfolk om at udføre hver øvelse så hurtigt som muligt under den koncentriske fase ( dvs. muskelforkortningsfasen) og langsomt underExcentrisk fase ( dvs. muskelforlængelsesfase).
      BEMÆRK: Emner kan udføre øvelserne i enhver rækkefølge. Men bed dem om at starte og slutte med en benøvelse og også for at forsøge at udføre de otte øvelser i den viste rækkefølge. Brug styrketræningsudstyr til alle otte øvelser.
    2. I løbet af hver træningsperiode bedes deltagerne udføre tre sæt på 75-80% af 1 RM for hver øvelse. Forøg belastningen med ca. 5% sessionen efter, hvornår en deltager kan gøre 12 gentagelser i alle tre sæt af en øvelse.

3. Submaximal cykeltest

Bemærk: Udfør den submaximale cykeltest på testdag 1 (se Introduktion og Figur 1 ).

  1. Udfør en cyklus ergometer test, herunder to submaximale niveauer, hver for 4 min 14 , 15 . Indstil den første arbejdshastighed til at være lav (30 W) og den anden ved 60-120 W, uden pause mellem belastningerne på cykelergometeret.
    BEMÆRK: Den første belastning er den samme for alle emner, men det andet og sidste submaximale niveau skal være ca. 65-85% af den maksimale puls for hvert emne. Begge belastninger skal være de samme før og efter interventionsperioden på 8 ugers træning.
    1. Basér det næsthøjeste belastningsniveau på familiarization tests udført før forsøgene ved at spørge, hvordan fysisk aktiv personen er, og ved at have motivet i første omgang cyklus i et kort stykke tid; Testlederen vil danne en mening ud fra fagets hjertefrekvens om, hvad den endelige submaximale belastning er hensigtsmæssig.
    2. Indtast den gennemsnitlige faste hjertefrekvens (HR) ved hjælp af en pulsovervågning via et brystbælte i sidste øjeblik på de lave og høje arbejdshastigheder ved at tage gennemsnittet af den observerede HR på 3:15, 3:30, 3:45 , Og 4:00 min på hver arbejdshastighed.
    3. Brug en ergo-spirometrisk enhed til at fastslå sammensætningen af ​​gas (O 2 og CO 2 dvs. CO 2 / O 2 ), og kvantificer RER-middelværdierne i sidste øjeblik (fra fire målinger hver 15. s) ved begge arbejdshastighedsbelastninger.

4. Knæforlængerstyrke: Statisk, excentrisk og koncentrisk topmoment og styrkeniveauet

Bemærk: Udfør knæstyrke målinger på test dag 1 (se Introduktion og Figur 1 ).

  1. Inden optagelserne skal man bede om opvarmning ved at cykle i 8-10 minutter på et cyklusergometer på submaximal niveau (dvs. ca. 65-85% af maksimal puls).
  2. Spørg emnet at sidde på bænken af ​​et isokinetisk dynamometer. Fastgør motivets kuffert med stropper over skuldre og hofter. Rør straks fagets skaft til dynamometerakslen med to stropper: den ene under knæet og den ene ligger lige overE ankelen. Juster knæleddet med dynamometerets rotationscenter.
  3. Når motivet er sikret, skal du vurdere den maksimale frivillige knæstyrke som topmomentet, hvor motivet sidder i det isokinetiske dynamometer. I første omgang tillader faget at udføre flere forsøg med bekendtgørelse med knæstyrkeudstyret (isokinetisk dynamometer).
  4. Bed individet om at udføre fire maksimale frivillige excentriske og koncentriske knæforlængelser (skiftevis), med højre ben med en konstant vinkelhastighed på 30 grader / s. Indstil bevægelsesområdet mellem 90 ° og 15 ° (lige ben = 0 °).
    1. I den excentriske opgave spørg motivet om at modstå dynamometerakslen med maksimal indsats gennem hele bevægelsen fra knævinklen fra 15 ° til 90 °. I den koncentriske opgave skal du spørge motivet til at trykke på underbenet i dynamometerakslen i en knæforlængelse, så hårdt som muligt over hele bevægelsesområdet.
  5. Tillad en 4-min hvile efter de dynamiske optagelser. Vurder derefter det statiske maksimale frivillige sammentrækningsmoment (MVC) fire gange ved en 65 ° knævinkel. I hvert statisk forsøg spørg emnerne, der sidder i samme dynamometer, at sparke så hurtigt og hårdt som muligt mod dynamometerakslen, som nu er fast (ved 65 °) og ikke kan flyttes.
  6. For drejningsmoment (styrke) signaler konvertere analoge drejningsmoment signaler til digital ved hjælp af en analog-til-digital konverter boks forbundet til det isokinetiske dynamometer.
    BEMÆRK: Konverteren ændrer automatisk de analoge signaler fra dynamometeret til digitale signaler, som derefter automatisk eksporteres til den computer, hvor dataene indsamles.
    1. Indstil prøveudtagningsfrekvensen ved 5 kHz i computerens softwareanalyseprogram. Gem de digitale signaler på computeren til en efterfølgende styringsværdianalyse med softwareanalyseprogrammet.
  7. I den efterfølgende analyse skal du brugeDen højeste værdi opnået fra fire forsøg for hvert emne i de excentriske, koncentriske og statiske målinger. I softwareprogrammet skal du klikke på den højeste værdi af de fire forsøg og skrive ned den styrkeværdi, der vises på computerskærmen.
    1. Registrér det højeste toppunkt i det excentriske og i de koncentriske optagelser for hvert emne og den højeste styrkeværdi blandt de fire statiske forsøg.
      BEMÆRK: Isokinetisk dynamometerprøvning af knæforlængerstyrken i en siddende stilling har korrekt pålidelighed og validitet 16 , 17 .
  8. Mål hastigheden (momentudvikling) (RFD) i løbet af 0-30 ms og 0-200 ms i den højeste værdi, der findes blandt de statiske forsøg. Indstil værdien af ​​nul på 7,5-Nm niveauet for begyndelsen af ​​sammentrækning for knæforlængerstyrke (tid: 0 ms) 18 , 19 . Flyt markøren (i softwareprogrammet til musklerStyrkeanalyse) til "7,5 Nm" -værdien på y-skalaen for at opnå positionen for 0 ms.
    1. Indstil markøren på 30-ms-værdien (efter tiden 0 ms) til præ-test-vurderingen. Skriv ned værdien, der viser stigningen i Nm ved 30 ms ( dvs. stigningen i Nm fra 7,5 Nm = 0 ms). Gør samme procedure for posttestværdien.
    2. Beregn stigningen i procent for post-test Nm-værdien (tæller) i forhold til præ-test Nm-værdien (nævneren) i løbet af 0-30 ms. Dermed fremlægges RFD'en i procent fra præ-testen til posttesten. Gør de samme analyser for tidsintervallet 0-200 ms.

5. Muskelbiopsi

Bemærk: Udfør en muskelbiopsi på testdag 2 (se Introduktion og Figur 1 ).

  1. Tag en muskelbiopsi fra den midterste del af lårmusklen vastus lateralis ved hjælp af et konchotome 20 .
    1. Før biopsi injiceres 1-2 ml lokalbedøvelse subkutant og ind i fascia. Efter et par minutter skal du lave et snit med en lille skalpel gennem huden og fasciaen, ca. 1/3 af afstanden fra patella til den fremre overlegne iliac rygraden. Udvind ca. 100-150 mg muskelvæv ved hjælp af konchotomet.
  2. Frys prøver til histokemi i isopentan afkølet til dets frysepunkt i flydende nitrogen og opbevar det ved -80 ° C. Opbevar en prøve på 30-50 mg muskelvæv.
  3. Fastfrys prøverne til proteinanalyse i flydende nitrogen og opbevar dem ved -80 ° C. Opbevar en prøve på 30-50 mg muskelvæv.

6. OGTT

Bemærk: Udfør OGTT (oral glukosetolerance test) på testdag 3 (se Introduktion og Figur 1 ). Tiden mellem øvelsen og OGTT skal overstige 48 timer og skal ligne mellem før og efter-tests. En 2-h oral OGTT bruges til at undersøge, om hyppige blodprøver i løbet af denne tid viser normale eller forhøjede niveauer, hvilket indikerer diabetes eller prediabetes.

  1. Udfør OGTT testen om morgenen på emner, der har fastet natten over og ikke har gjort nogen anstrengende øvelse på testdagen eller dagen før.
  2. Tag blodprøver (4 ml) fra rygende deltagere via en venøs kanyle i antecubitalvenen 15 min før og lige før glukoseindtaget efterfulgt af 15, 30, 60, 90 og 120 min efter indtagelse af glukose ( 75 g glucose i en 250 g / l opløsning).
  3. Centrifug blodprøverne ved 1.500 xg og 4 ° C i 10 minutter og opbevar plasmaet ved -20 ° C til fremtidig analyse. Brug prøverne til at udføre standardglucoseniveau test (trin 7).
  4. For glucose, insulin og c-peptid beregnes området under kurven (AUC) ved at bestemme tidsintegrationen af ​​glucose over basal glukoseniveauer. Brug OGTT-resultaterneAt beregne insulinfølsomhed for hele kroppen ved hjælp af Matsuda-metoden 21 , som pr. Ligningen: 10 000 * √ [(Glucose basal * Insulin basal ) * (Glukose middelværdi * Insulinmiddel].

7. Blodprøveanalyse

  1. Kvantificer glucosekoncentrationen i det venøse plasma med en automatiseret analysator. Indstil det nedsatte glukosetoleranceniveau ved blodglukoseværdier> 7,8 mmol / l efter en 2-h OGTT 22 .
  2. Brug ELISA kits 22 til at udføre en plasmaanalyse af insulin og c-peptid. Brug en tallerkenlæser. Sæt ELISA-pladerne for både insulin og c-peptid i en pladelæser (hver især ved en separat lejlighed).
    BEMÆRK: Pladelæseren måler mængden af ​​insulin og mængden af ​​c-peptid ved at måle prøverne på pladen ved visse absorbanser. Blodlipider TG, HDL, apolipoprotein A1 og apolipoprotein B blev analyseret ved standardmetoder vedKarolinska Universitetshospitalet, Stockholm, Sverige.

8. Analyse af muskelprøver

  1. Immunoblotting
    1. Først frysesørre muskelprøven i en lyofilisator ved et tryk under 10 -1 mbar i 12 timer. Dissect det, så det er fri for blod og bindevæv ved hjælp af en nål og tang under et lysmikroskop. Opbevares ved -80 ° C.
      BEMÆRK: En passende mængde muskel er mellem 1 og 5 mg tørvægt, men protokollen kan justeres til mindre end 1 mg helt til enkeltfibre. På grund af den lave mængde muskelvæv, der er til stede i en biopsi, blev værdier fra denne RET-deltager ikke brugt til immunblotting.
    2. Homogeniser muskelprøverne Med en mini-beadbeater i iskold buffer (80 μl / mg) sammensat af 2 mM 4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinethansulfonsyre (HEPES), 1 mM ethylendiamintetraeddikesyre (EDTA), 5 mM ethylenglycol-bis (P-aminoethylether) -N, N, N ', N'-tetraacetSyre (EGTA), 10 mM MgCl2, 50 mM β-glycerophosphat, 1% TritonX-100, 1 mM Na3VO4, 2 mM dithiothreitol, 20 μg / ml leupeptin, 50 μg / ml aprotinin, 1% phosphataseinhibitor Cocktail og 40 μg / μl PMSF (phenylmethylsulfonylfluorid).
      1. Placer en scoop med 0,5 mm zirconiumoxidperler i hvert rør med muskelen. Tilsæt buffer og homogeniser i 2 x 1 min ved hastighed trin 7-8 (her er maksimumet 10) og 4 ° C.
    3. Centrifuger homogenatet i 10 minutter ved 10.000 x g. Overfør den resterende supernatant til nye rør og kassér pelleten indeholdende strukturproteinerne.
    4. Spektrofotometrisk bestemmes proteinkoncentrationen i supernatanten med et kommercielt tilgængeligt kit ved anvendelse af en pladelæser ved 660 nm 23 .
      1. Derefter fortyndes prøverne med 2x Laemmli prøvebuffer og homogeniseringspuffer (1: 1) til en slutproteinkoncentration på 1,5 μg /# 181; L. Opvarm dem til 95 ° C i 5 minutter for at denaturere proteinerne. Opbevar de fortyndede prøver ved -20 ° C inden analyse.
    5. Til indian-polyacrylamidgelelektroforese (PAGE) indlæs 30 μg protein fra hver prøve til 18-brønds præparatgradientgeler (4-20% acrylamid) og udfør elektroforese ved 300 V i 30 minutter på is.
    6. Equilibrere gelen i overføringsbuffer (25 mM Tris base, 192 mM glycin og 10% methanol) i 30 minutter ved 4 ° C. Overfør proteiner til polyvinylidenfluoridmembraner med 0,2 μm porestørrelser ved en konstant strøm på 300 mA i 3 timer ved 4 ° C.
    7. For at bekræfte ligestilling og overførsel, pletter membranerne med en total proteinfarve 24 . For hvert målprotein skal alle prøver fra hvert individ påføres på samme gel og køre alle geler på samme tid.
    8. Bloker membranen i 1 time ved stuetemperatur i Tris-pufret saltvand (20 mM Tris-base, 192 mM NaCl; TBS; pH 7,6) indeholdende5% ikke-fed mælk.
    9. Inkuber membranerne over natten med primære antistoffer (se Materialelisten) fortyndet i TBS indeholdende 2,5% ikke-fed mælk og suppleret med 0,1% Tween-20 (TBS-TM).
    10. Efter inkubation af primær antistof vaskes membranerne (2 x 1 min plus 3 x 5 min) med TBS-TM og inkuberes med sekundære antistoffer (se Materialelisten) konjugeret med peberrodsperoxidase i 1 time ved stuetemperatur. Vask igen med TBS-TM (2 x 1 min og 3 x 10 min) og giv dem igen 4 yderligere 5 min vask med TBS.
    11. Påfør 6-12 ml kemiluminescerende substrat til membranen i 5 minutter. Placer membranen mellem to gennemsigtige plastikplader. Placer membranerne foran et CCD kamera, der blokerer eksternt lys. Tag serielle eksponeringer ved hjælp af et kemiluminescerende kamerafilter.
      1. Brug softwareprogrammet til at erhverve 10 eksponeringer i 2 minutter, eller indtil signalerne er mættede. Brug en standardopsætning, både til de optiske filterindstillinger tO erhverve kemiluminescens samt linsens indstillinger
    12. Brug den højeste eksponering, der ikke fører til mætning og markér konturerne af bandet. Kvantificer båndene som intensiteten x mm 2 ved hjælp af den samme software. Subtrahere baggrundsstøj fra båndintensiteten. Præsenter resultaterne i forhold til den samlede proteinfarve og udtryk den som procentændringen i forhold til basislinjen.
  2. Histochemistry
    BEMÆRK: Histokemiteknikken nedenfor er baseret på metoder beskrevet i en tidligere publikation 25 .
    1. Til histokemi skæres serielle tværsnit (10 μm) ved -20 ° C under anvendelse af en kryostat. Monter tværsnittene på glasskinner gemt i en glaskuvette og lufttør biopsi skiverne ved stuetemperatur.
    2. Forbered pufferopløsninger for hvert pH-niveau til præinkubation ved pH 4,3, 4,6 og 10,3 til ATPase-farvning 26 . For at visualisere kapillærer, staI tværsnit under anvendelse af amylase-PAS-metoden 27 .
    3. Kalibrere en pH-meter ved at hælde kalibreringsløsninger i mærket kalibreringsbægre. Tryk på den relevante knap for at vælge pH fra hovedmenuen.
      1. Skyl sonden med deioniseret vand og sæt sonden i det første kalibreringsbæger. Sørg for, at der ikke er luftbobler i membranen. Mål den første kalibreringsopløsning og præsenter derefter den næste kalibreringsopløsning (displayet vil bede om den næste løsning).
      2. Skyl sonden med deioniseret vand og læg det derefter i det andet kalibreringsbæger. Sørg for, at der ikke er luftbobler i membranen. Mål en anden kalibreringsopløsning, og fortsæt til næste kalibreringsopløsning.
      3. Skyl sonden med deioniseret vand og læg det i et tredje kalibreringsbæger. Sørg for, at der ikke er luftbobler i membranen. Mål den tredje kalibreringsopløsning.
        BEMÆRK: Når kalibreringen erGodt, displayet viser kort, "3 r buffer OK" og vender tilbage til hovedmenuen.
    4. Brug bufferne som følger til ATPase farvning.
      1. Til fremstilling af en opløsning ved pH 10,3 anvendes to forskellige opløsninger: (A) 4,506 g glycin, 4,8 g CaCl2, 3,51 g NaCl og 600 ml dH20 og (B) 2,176 g NaOH og 540 ml Af dH 2 O. Opbevar opløsningerne i et koldt rum eller et køleskab. Brug dem inden for en måned.
      2. For at fremstille opløsninger ved pH 4,3 og 4,6 udføres "sur præinkubation". Forbered syren til præinkubation ved anvendelse af: 6,47 g Na-acetat, 3,7 g KCI og 500 ml dH20. Derefter fremstilles 1% CaCl2-opløsning ved at opløse 2,5 g af det i 250 ml dH20. Forbered 2 % CoCl2 opløsning ved at opløse 5 g af den i 250 ml dH20.
      3. Opbevar og brug disse løsninger som nævnt ovenfor. Til sidst fremstilles 0,2% ammoniumsulfid medBlanding af 800 μl 20% (NH4) 2S i 40 ml dH20. Forbered sidstnævnte frisk.
    5. Forbered opløsninger ved visse pH-værdier som følger. Efter kalibrering af pH-måleren skal du fjerne kuvetterne og calcium- og koboltchloriderne fra køleskabet og lade dem varme op til stuetemperatur, før de farves.
      1. Til pH 10,3 tilsættes omkring 25 ml opløsning A til et lille glasglas (ca. 70 ml). Mål pH. Fortsæt med at tilføje opløsning B indtil den ønskede pH på 10,37 er nået. Hvis farvningen er for mørk, øg pH. Hvis det er for lyst, reducer pH.
      2. Til pH 4,6 tilsæt ca. 25 ml "syreforinkubation" til et lille glasbæger. Mål pH. Reducer pH ved anvendelse af 5 M eddikesyre . Hvis billedet af pletten er for mørk, prøv at lette med øget pH. Hvis det er for lyst, mørkere med en nedsat pH. Hvis farvning ikke hjælper, prøv en anden pH: 4.8 instEad på 4.6.
      3. For pH 4,3 gøres det samme som for 4,6, men tilsættes mere eddikesyre. Reducer pH, hvis pletten er for lys, og øg pH, hvis det er for mørkt, for at fibrene skal specificeres.
      4. Forbered ATP-opløsning som følger. Vægt 0,017 g ATP pr. Kuvette (10 ml), så 0,051 g pr. 3 kuvetter eller 0,068 g for 4 kuvetter. Tag 30 ml (til 3 kuvetter, 10 ml / kuvette) opløsning ved pH 10,3 (brug et cylinderglasglas) og læg det i et glasbægre med vejet ATP.
        1. Bland grundigt og mål pH. Reducer pH ved anvendelse af koncentreret HCI indtil pH når nøjagtigt 9,40.
      5. Til inkubation ved forskellige pH-værdier skal du gøre følgende. Anbring 10,3 opløsning i en kuvette og inkubér den i et vandbad ved 37 ° C i 9 minutter. Placer 4.3 opløsningen i en anden kuvette og inkuber den ved stuetemperatur i 5 minutter. Placer 4.6 opløsning i den sidste kuvette og inkuber ved stuetemperatur i 1 minut.
      6. Efter den foretrukne pHInkubationsprocedure, anvender indholdet af hver kuvette som følger. Vask 15 gange med dH20. Tilsæt ATP-opløsning (0,170 g ATP / 100 ml H20) til biopsiprøven. Inkuber i et vandbad ved 37 ° C i 30 minutter. Vask 15 gange med dH 2 O.
      7. Tilsæt CaCl2 opløsning (1 g CaCl2 / 100 ml H20) til biopsiprøven i kuvetterne. Inkuber ved stuetemperatur i 3 minutter. Vask 15 gange med dH20. Tilsæt CoCl 2 opløsning (2 g CoCl 2/100 ml H 2 O) til biopsiprøven i kuvetterne. Inkuber ved stuetemperatur i 3 minutter. Vask 15 gange med dH 2 O.
      8. Sæt det i (NH 4 ) 2 S opløsning i 30 s og vask hurtigt 15 gange under dampdækslet. Lim biopsi skiver på glidende glas. For at undgå bobler skal du klemme biopsierne, men ikke for hårdt.
    6. Vælg en region i tværsnittet uden artefakter eller langsgående snit af fiberen. Analysér under en liGht mikroskop ved hjælp af software.
    7. Vurder tværsnitsarealet (CSA), kapillærerne og klassificeringen af ​​fibertype ( dvs. type-I, IIA eller IIX) via computerbilledanalyse fra et gennemsnit på mindst 150-200 fibre pr. Biopsi. Fra et mikroskopbillede af muskelfibre i tværsnittene sikrer, at de tre typer af muskelfibre ( dvs. type-I, IIA og IIX) har forskellige nuancer fra hvid til grå til sort afhængigt af pH-farvningen ( dvs. 4,34, 4,65 og 10,37).
    8. Start med at markere nogle type I fibre. Derefter registrerer programmet automatisk de andre type I-fibre. Kontroller, at alle type I fibre er markeret korrekt. For at markere en bestemt fiber, klik på "Vector" knappen. Brug markøren til at måle området for hver enkelt valgt muskel fiber.
    9. Efter analysen af ​​type I fibre, fortsæt den samme procedure for type IIA og type IIX. Den gennemsnitlige ± SEM for hver type muskelfiber ( dvs. type I, IIA og IIX) skal beregnes med hensyn til fibermængde og CSA for RET- og CON-grupperne.
      Bemærk: Tværsnitsarealet (CSA), kapillærerne og klassificering af fibertype ( dvs. type I, IIA og IIx) blev vurderet ud fra et gennemsnit på 163 ± 9 fibre pr. Biopsi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Materiale

I undersøgelsen deltog 21 relativt sunde kvinder og mænd, 65-80 år og med BMI værdier mellem 20 og 30 kg · m -2 og blev randomiseret i to grupper. Enkeltpersoner i begge grupper havde relativt lave fysiske aktivitetsniveauer ( dvs. et moderat dagligt fysisk aktivitetsniveau og ingen regelmæssig træning). En gruppe (n = 12, 6 kvinder og 6 mænd) udførte RET under en træner i 1 time tre gange om ugen i otte uger, og den anden gruppe fungerede som kontroller (n = 10, 5 kvinder og 5 mænd). RET- og CON-grupperne var afbalanceret med hensyn til alder, køn og BMI ( tabel 1 ). Flere emner blev rekrutteret til RET-gruppen for at kompensere for dropouts; Flere blev forventet i RET-gruppen over CON-gruppen.

</ Td> RET (n = 12) CON (n = 9)
Pre Stolpe Pre Stolpe
Alder (år) 71,4 ± 1,1 72,0 ± 1,4
BMI 24,6 ± 0,8 24,9 ± 0,8 23,2 ± 0,8 23,2 ± 0,8
Vægt (kg) 70,4 ± 2,9 71,1 ± 2,8 67,4 ± 3,9 67,6 ± 3,9
FFM (kg) 51,0 ± 2,3 52,4 ± 2,1 ** 47,6 ± 4,1 48,6 ± 4,3
Lår tværsnit erA (cm²) 188,9 ± 9 200 ± 8 *** † 155 ± 12 154 ± 11
Fiber tværsnitsareal (cm²) Type I 5452 ± 393 5567 ± 362 4889 ± 323 4807 ± 354
Type IIa 4230 ± 610 # 4484 ± 434 # 4114 ± 535 # 3971 ± 494 #
Type Iix 3678 ± 634 # 3554 ± 552 # 3392 ± 889 # 2913 ± 427 #

Tabel 1: Deltagerens kendetegn. RET, modstand træning træning; CON, kontrol; BMI, body mass index; FFM, fedtfri masse. Værdierne er fra 12 (RET) og 9 (CON) emner, undtagen fiber tværsnitsareal (RET, n = 10; CON, n = 7) og præsenteres som middelværdien ± SEM. **, p <0,01 versus pre; ***, p <0,001 i forhold til præ; †, p <0,05 versus CON post; †††, p <0,001 i forhold til CON post; #, P <0,05 versus type I. Denne tabel er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28

Beta-blokeringsbrugere og patienter med kronisk hjertesygdom og alvorlige neurologiske eller fælles problemer blev udelukket. Ved baseline havde nogle personer: højt blodtryk (2 i hver gruppe); Depression (1 i hver gruppe); Og medicin til dyslipidæmi (2 i RET og 1 i CON), hypothyreose (1 i RET), et tidligt stadium af Parkinsons sygdom (RET). Medicin blev taget sporadisk for astma (1 i RET) og reumatiske problemer (1 i CON). En person havde en pacemakeR (CON).

Et RET-individ afbrød træningen efter 6 uger på grund af rygsmerter, men blev stadig med i undersøgelsen. Et indledende CON-emne blev udelukket på grund af knæproblemer under forprøvningen af ​​styrke. De med astma og pacemakeren blev udelukket fra cykeltesten.

Fagene gav deres skriftlige samtykke efter at have fået besked om mulige ubehag og risici i test- og træningssessionerne.

Data præsenteres som middel ± SEM. Forskelle mellem RET og CON blev testet for statistisk signifikans med tovejs gentagne mål ANOVA ved hjælp af et statistisk program. Når signifikante hovedvirkninger eller interaktioner blev vist var forskelle placeret med post-hoc analyser (Fisher LSD). Statistisk signifikans blev accepteret ved p <0,05.

figur 2A ). Dynamometeret viste også kraftudviklingshastigheden (RFD), med en stigning på 52% (ved begyndelsen 0-30 ms) for RET-gruppen ( Figur 2B ). For CON-gruppen blev koncentrisk styrke reduceret i interventionsperioden. Træningsbelastningen for RET forbedredes med 19-72% for de udførte øvelser.

Figur 2
Figur 2: Styrke måleresultater. Effekten af ​​resistens ex(CON) -mønster og ( B ) -hastighed for kraftudvikling (RFD) i løbet af 0-30 ms og 0- 200 ms statisk knæforlængelse. Værdier er fra 12 (RET) og 9 (CON) emner og præsenteres som procentændring i forhold til basale værdier (middel ± SEM). *, P <0,05 versus pre; **, p <0,01 versus pre; ***, p <0,001 sammenlignet med præ. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Klik venligst her for at se en større version af denne figur.

Fra muskelbiopsiprøverne viste histokemi, at mængden af ​​fiber type IIa steg, og der var en tendens til et fald i IIx for RET-gruppen. Således viste RET-gruppen en ændring i aMere oxidativ profil i form af fibersammensætning ( figur 3 ). Bemærk, at pålidelige tværsnit ikke kunne opnås fra biopsier af fire forsøgspersoner (to fra hver gruppe), og resultaterne fra disse fag blev udelukket.

Figur 3
Figur 3: Resultater af sammensætning af muskelfibertype. Effekten af ​​modstandsøvelse ( A , RET) eller kontrolperiode ( B , CON). Værdier er fra 10 (RET) og 7 (CON) emner og præsenteres som middelværdien ± SEM. (*), P = 0,068 versus præ; **, p <0,01 versus pre; †, p <0,05 kontra CON post. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Venligst cliCk her for at se en større version af denne figur.

Endvidere viste Western blot-analyser til bestemmelse af proteinindhold relateret til signalering af muskelproteinsyntese en stigning på 69% for både Akt og mTOR (pattedyrsmål for rapamycin) blandt RET-gruppen ( Figur 4A og Figur 5 ). Western blot-analyser viste også blandt mitokondriale proteiner en stigning på ca. 30% for både OXPHOS-kompleks II og citratsyntase og 90% for kompleks IV i RET-gruppen ( Figur 4B og Figur 5 ). De anvendte primære antistoffer var mTOR, Akt og OXPHOS. Anti-kanin eller anti-mus HRP blev anvendt som THE sekundære antistof. Proteinbåndene til OXPHOS-kompleks I var ikke klart synlige, og disse data blev kasseret.

Figur 4 Figur 4: Muskelproteinresultater. Effekten af ​​modstandstræningstræning (RET) eller en kontrolperiode (CON) ved ændringer i muskelindholdet af Akt og mTOR-proteiner ( A ) og mitochondriale proteiner ( B ). Akt, proteinkinase B; MTOR, pattedyrsmål for rapamycin; CS, citratsyntase. Værdier er middelværdien ± SEM fra 11 (RET) og 9 (CON) emner. *, P <0,05; **, p <0,01; ***, p <0,001 i forhold til basal. †, p <0,05; ††, p <0,01; †††, p <0,001 mod CON post. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Klik venligst her for at se en større version af denne figur.

Figur 5 = "/ Files / ftp_upload / 55518 / 55518fig5.jpg" />
Figur 5: Western blotbilleder. Målt muskelprotein før og efter otte ugers intervention. Repræsentative billeder fra et emne i henholdsvis RET og CON-grupperne. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Klik venligst her for at se en større version af denne figur.

Kun RET-gruppen viste en øget aerob kapacitet i cykeltesten (post-versus for-test). Ved den højeste submaximale intensitet viste hjertefrekvensen (HR) en stærk tendens til at falde i RET og stige i CON-gruppen ( Figur 6A ). Derudover blev RER (respiratorisk udvekslingsforhold = CO 2 / O 2 ) signifikant reduceret for RET-gruppen (Lass = "xfig"> Figur 6B).

Figur 6
Figur 6: Cardio respiratoriske data. Træningstræning før og efter modstand (RET) eller kontrolperiode (CON). ( A ) HR, puls og ( B ) RER, respiratorisk udvekslingsforhold under lav-(30 W) og høj (60-120 W) intensitet steady state cykling. Værdier er fra 11 (RET) og 8 (CON) emner (to fag blev udelukket på grund af astma og brugen af ​​en pacemaker) og er præsenteret som middel ± SEM. (*) P = 0,056 (RET) og p = 0,068 (CON) versus præ; * P <0,05 versus præ. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Klik venligst her for at se en større version af denne figur.

RET-gruppens resultater fra glukosetolerancetesten viste forbedret blodglukose, både i blodværdier efter 2 h (14%) og for området under Kurve (21%, figur 7A ).

Figur 7
Figur 7: Plasmaglukose under OGTT. Prøven blev udført før- (●) og efter- (○) modstandsøvelse (RET, A ) eller en kontrolperiode (CON, B ). AUC glucose , areal under kurven for plasmaglucose. Værdierne er fra 12 (RET) og 9 (CON) emner og præsenteres som middelværdien (plasmaglukose) og middel ± SEM (AUC glucose) . * P <0,05 versus præ. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28Rce.jove.com/files/ftp_upload/55518/55518fig7large.jpg "target =" _ blank "> Venligst klik her for at se en større version af denne figur.

Blodlipidprofilen blev forbedret for RET-gruppen med et fald i apolipoprotein B (8%). For CON blev der konstateret en stigning (10%). Desuden steg den fedtfrie masse (FFM) med 3% og lårets tværsnitsareal (CSA) med 7% for RET-gruppen ( tabel 1 ). De vurderede forbedringer ses efter den korte periode med progressiv styrketræning i mitokondriell funktion, aerob kapacitet, glukosetolerance, muskelstyrke og kraft er yderst ønskelige helbredseffekter hos en ældre befolkning.

De otte styrketræningsøvelser er vist i figur 8 . Hver træningsopgave blev udført 12 gange i hver af tre sæt i hver træning 3 gange om ugen i otte uger.


Figur 8: De otte træningsøvelser. Øvelserne blev udført på 75-80% af 1 RM, 12 gange / sæt, med tre sæt / øvelse og træning. Øvelserne var: "benpresser" og "mavesmerter" ( A ), "brystpresse" og "tilbageforlængelser" ( B ), "skulderpresse" og "siddende roning" ( C ) og "benforlængelser" og " Ben krøller "( D ). Udvalget af bevægelser i styrketræningerne er vist her. I den siddende mavekrumme skal stammen flyttes fra oprejst stilling til 60 ° fremad trunkbøjning. I siddende bagudvidelse flyttes bagagerummet, fra en næsten opretstående stilling, baglæns til en vandret liggende bagagerumposition. Både de sæde øvelser, benpresser og ben extensioNs, blev udført startende med benene i 90 ° af knæbøjning og sluttede lige før benene blev rettet (nær 0 ° i knæene). Ben krøller (i den udsatte position), hvor det gøres fra næsten rettede ben til ca. 100 ° af knæbøjning. Både de siddende øvelser, brystpressen og skulderpressen blev udført fra 90 ° albuebøjning til lige før armene blev rettet (nær 0 °). Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne undersøgelse har en række teknikker været anvendt til at undersøge virkningerne af kortvarig progressiv modstandstræning på ældre individs muskelfunktion / morfologi, aerob kapacitet og glukosetolerance. Hovedresultaterne var, at der i sammenligning med en kontrolgruppe forekom mange forbedringer i muskel-aerob kapacitet, glukosetolerance, styrke, magt og muskelkvalitet ( dvs. protein involveret i celle-signalering og muskelfibersammensætning). En stigning blev for eksempel set for: statisk, excentrisk og koncentrisk maksimal knæudvidelsesstyrke (8-12%); Træningsbelastningen (19-72%), maksimal kraftudvikling (RFD) ved begyndelsen 0-30 ms (52%); Adskillige mitochondriale proteiner (30-90%); Proteinerne Akt og mTor, involveret i muskelproteinsyntese (begge 69%).

Ældre kan have problemer med vedvarende helbred under et sådant projekt. Man skal være opmærksom på risikoen for forskellige skader på grund af testiNg og træning blandt uuddannede ældre. En person i RET-gruppen i slutningen af ​​træningsperioden havde et tilbagefald af tidligere tilbageproblemer. Der var dog ingen skade eller ubehag under træningsprojektet i længere tid efter undersøgelsens afslutning blandt de gamle deltagere. Ændringer kan undertiden ske med hensyn til hvornår, hvor meget og hvor intensivt træningen skal udføres. Med hensyn til styrketræningsordningen er det bedst at træner registrerer den belastning, der opnås for hver træningsøvelse og emne ved hver træning, så en korrekt progression kan følges gennem hele perioden. Under styrkemålingen med isokinetisk dynamometer er det vigtigt at undgå fejl i måleproceduren, så de ældre personer ikke går glip af deres maksimale ydeevne under deres forsøg. Af denne grund er det værd at have opvarmning. Brug 8-10 min ergometercykling på submaximale niveauer før styrkemålingenS, efterfulgt af første forsøg som en bekendtgørelsesprocedure i dynamometeret til knæstyrkeoptagelser. Desuden er det en god ide at udføre fire optagelser under optagelsen af ​​hver type muskelstyrkekoncentration; Højeste værdi fundet kan vælges. Det er også af stor værdi at undersøge modifikationen af ​​styrkeevaluering i forhold til hastighed, når testparameteren opnås. Især er øget magt en vigtig faktor for forbedret sundhed blandt ældre mennesker. Med hensyn til biopsi fortales emnerne for at undgå aspirin eller andre antikoagulationsmidler før og efter biopsien. Med hensyn til bestemmelsen af ​​muskelfiberarealet i to eksemplarer af biopsier fra samme ben til type I, type 2A og type 2B er de rapporterede fejl ca. 10, 15 og 15% henholdsvis 29 . Dette skal overvejes, når man vurderer en sådan analyse fra en muskelbiopsi.

Begrænsningerne omfatter bekymringer vedrørende vestlige bmasse; Metoden giver ingen oplysninger om protein lokalisering og er stærkt afhængig af antistoffets specificitet og kvalitet (et stort problem). Flertrinsanalysen øger risikoen for fejl og forværrer fejlfinding. Der er dog flere fordele ved western blotting: det er relativt billigt og hurtigt; Det giver en høj datautgang i forhold til den krævede mængde væv; Man erhverver information om proteinekspression og proteinstørrelse; Og endelig er variationskoefficienten generelt mindre end 5%. Styrketræningstiden var kun otte uger, og der er ikke blevet fulgt opfølgningsforanstaltninger med disse ældre. Glukosetolerancetestene baseret på drikkeglucoseopløsninger (OGTT) anses ikke for passende som når glukosen injiceres direkte i blodet. Den metode, der anvendes med OGTT, er dog billigere, lettere at administrere og anvendes i vid udstrækning i klinikken. Hvad angår styrkeforanstaltningerne med isokinetisk dynamometer, Blev kun muskler, der bidrog til knæforlængelsesstyrken, undersøgt, og ikke de andre hovedkropsmuskulaturgrupper.

Ud over forbedret styrke forbedrede modstandstræning også glukosetolerance og muskeloxidativ kapacitet. Der var store stigninger i træningsbelastningen for hver udført øvelse (19-72%), hvilket viste, at modstandstræning gav væsentlige forbedringer i den samlede styrke. Målinger med et isokinetisk dynamometer gav mere detaljerede oplysninger om knæforlængerfunktionen. Momentet under statisk, excentrisk og koncentrisk sammentrækning steg med 8-12%. Endvidere resulterede modstandstræning i en stor stigning (52%) i kraftudviklingshastigheden (FDU) i den indledende fase af sammentrækning (0-30 ms), mens den var uændret mellem 0-200 ms. Træningsprotokollen var godt tolereret, og i modsætning til vores forventninger var der ingen frafald i RET-gruppen.

Modstandstræning resultererD i hypertrofi målt som forøgelser i FFM, låromkreds og lår tværsnitsareal. CSA af de forskellige muskelfibertyper blev ikke ændret signifikant efter RET, men der var et skift i fibertype sammensætning fra type IIx til type IIa. Da type IIa fibre er større end type IIx fibre, bidrog dette til den øgede muskelmasse. I RET-gruppen indikerer dette, at proteinsyntese blev forbedret. Den underliggende molekylære signaleringsvej for proteinsyntese involverer aktiveringen af ​​Akt og mTOR. Ældre har mindre mTOR-protein i muskel 30 , hvilket kan begrænse proteinsyntese. En interessant romanindsamling er de øgede proteinniveauer af mTOR og Akt i RET-gruppen. Den observerede stigning i mTOR her kan modvirke enhver mulig anabolisk resistens og bidrage til øget proteinsyntese.

VO 2max eller, mere korrekt, VO 2peak , vurderes ofte som den maksimale VO 2 målt under en test, hvor arbejdshastigheden øges trinvis til udmattelse. Imidlertid er det problematisk at bruge udtømmende øvelsestest i ældre, svage fag. Et problem er, at det ikke er ualmindeligt, at ældre har en latent kardiovaskulær sygdom, der under en udtømmende øvelsestest fører til en øget risiko for hjerteanfald. Et andet mere teknisk problem er, at nedsat muskelstyrke frem for en kardiorespiratorisk begrænsning kan begrænse arbejdshastigheden under inkrementel øvelse. Fortolkning af data vil under disse forhold være mere kompliceret. En alternativ metode, som anvendes i denne undersøgelse, er at måle HR og RER ved en fast arbejdshastighed før og efter intervention. Resultaterne viste, at HR havde tendens til at falde i RET men stigning i CON-gruppen. Dette tyder på, at styrketræning forbedrer VO 2max og udholdenhedens træningskapacitet. Disse resultater matcher resultaterne i nogle 9 ,"Xref"> 31, men ikke alle 32 , tidligere undersøgelser. Endvidere viser flere fund i denne undersøgelse, at muskel-aerob kapacitet forbedres ( dvs. med ændringer i en mere oxidativ fibertype sammensætning og stigninger i en række mitokondrie proteiner). Selvom det er velkendt, at udholdenhedstræning forbedrer muskel-aerob kapacitet hos ældre, giver studier af styrketræning en mere modstridende holdning 8 , 9 , 10 , 33 . Forskelle i indledende træningsstatus og træningsprogrammer kan forklare de forskellige resultater i forskellige undersøgelser. De nuværende resultater viser en robust forøgelse af flere mitokondriale proteiner efter kun otte ugers træning (tidligere interventionsperioder var> 12 uger) viser, at modstandstræning kan være en effektiv strategi til forbedring af muskeloxidativ kapacitet.

På trods af den korte indgriben blev der observeret forbedret glukosetolerance i RET-gruppen, som det fremgår af reduktionen i AUC- glucose og GLU 120 min . Selv om fedme og fysisk inaktivitet er faktorer, der er forbundet med en øget risiko for insulinresistens og type 2-diabetes, forbliver de molekylære mekanismer uklare. Den ændrede kropssammensætning med øget muskelmasse vil sandsynligvis bidrage til den forbedrede glukosetolerance i RET-gruppen. Desuden er det blevet hypotetiseret, at insulinresistens er forbundet med en stillesiddende livsstil, med overskydende lipidforsyning, der fører til lipotoksicitet, mitokondriel dysfunktion og oxidativ stress 3 . Den foreliggende undersøgelse viser, at modstandstræning resulterer i en robust forøgelse af mitokondriale oxidative proteiner. Vi antager, at den øgede muskeloxidative kapacitet er en faktor, der forklarer den øgede glukosetolerance.

Undersøgelser med længere opfølgninger er desirI stand til at vise, hvorvidt og hvor længe de sundhedsmæssige virkninger vedvarer med hensyn til forbedret muskel-aerob kapacitet, styrke, kraft, glukose og lipid værdier. Det er også værd at bestemme den tilstrækkelige dosis af regelmæssig styrketræning blandt ældre. Fremtidige anvendelser er også styrkemålinger i større muskelgrupper end knæforlængerne. Man kan også lave flere andre detaljerede analyser i muskelcellerne vedrørende forskellige proteiner og funktioner inden for og uden mitokondrier.

Det er vigtigt at have en dag imellem hver testdag uden kraftig eller langvarig fysisk aktivitet, samme dag eller dagen før testen, da dette kan påvirke resultatet af vurderingen. Eksempler på kritiske trin vedrørende histokemi og ATPase-farvning til sammensætning af fibertypen indbefatter at sikre, at stykket fra biopsien behandles med isopentan kort efter at biopsien er taget, og at isopentanen er på det rigtigeT temperatur, så biopsien ikke vil blive ødelagt. Desuden skal biopsi-stykket "strækkes eller installeres", så fibrene peger i samme retning før behandling med isopentan. Under farvning skal laboratoriets pH og temperatur være optimale (og det er vanskeligt at forudsige). Dette er dog den eneste måde at sikre fibertyperne og fiberområdet på. Derudover er metoden hurtig og viser resultater inden for to dage, og teknikken er relativt billig, uden at der er brug for dyre kemikalier eller enheder.

Den markante forbedring i muskel-aerob kapacitet efter styrketræning udfordrer synspunktet om, at udholdenhedstræning er den foretrukne øvelsesmåde. Men hos ældre mennesker med lav VO 2max og muskelstyrke skal udholdenhedstræning udføres ved lave intensiteter. En af de primære stimuli af mitokondriel biogenese er muskel-energisk stress 34 . Styrketræning induCes en stor lokal energisk stress, mens dette er mindre fremtrædende under lav intensitet udholdenhed motion. Vi antager, at i ældre mennesker er styrketræning mere effektiv end udholdenhedstræning for at forbedre muskel-aerob kapacitet. I betragtning af forbedringerne i en række sundhedsrelaterede parametre og den høje overholdelse kan styrketræning også anbefales til ældre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Forfatterne er taknemmelige for Andrée Nienkerk, Dennis Peyron og Sebastian Skjöld for at overvåge træningssessionerne og flere tests; Til de emner, der deltager Til Tim Crosfield til sprogrevision; Og til den økonomiske støtte fra Svensk Skole for Idræt og Sundhedsvidenskab.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Western blot
Pierce 660 nm Protein Assay Kit Thermo Scientific, Rockford, IL, USA 22662
SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate  Thermo Scientific 34096
Halt Protease Inhibitor Cocktail (100x) Thermo Scientific 78429
Restore PLUS Western Blot Stripping Buffer Thermo Scientific 46430
Pierce Reversible Protein Stain Kit for PVDF Membranes Thermo Scientific 24585
10 st - 4–20% Criterion TGX Gel, 18 well, 30 µL Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA, USA 567-1094
Immun-Blot PVDF Membrane  Bio-Rad 162-0177
Precision Plus Protein Dual Color Standards  Bio-Rad 161-0374
2x Laemmli Sample Buffer Bio-Rad 161-0737
10x Tris/Glycine Bio-Rad 161-0771
2-Mercaptoethanol Bio-Rad 161-0710
Tween 20 Bio-Rad P1379-250ML
Band analysis with Quantity One version 4.6.3.software Bio-Rad
1% phosphatase inhibitor coctail Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA
Antibodies
mTOR (1:1,000) Cell Signaling, Danvers, Massachusetts, USA 2983
Akt (1:1,000) Cell Signaling, Danvers 9272
Secondary anti-rabbit and anti-mouse HRP-linked (1:10,000) Cell Signaling, Danvers
Citrate synthase (CS) (1:1,000) Gene tex, San Antonio, California, USA
OXPHOS (1:1,000) Abcam, Cambridge, UK
Equipment - Analysis of muscle samples
Bullet Blender 1.5 for homogenizing Next Advance, New York, USA
Plate reader Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland
Histochemistry
Mayer hematoxylin HistoLab, Västra Frölunda, Sweden  1820
Oil Red o Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA 00625-25y
NaCl Sigma-Aldrich 793566-2.5 kg
Cobalt Chloride Sigma-Aldrich 60818-50G
Amylase Sigma-Aldrich A6255-25MG
ATP Sigma-Aldrich A2383-5G
Glycine VWR-chemicals / VWR-international, Spånga, Sweden 101196X
Calcium Chloride VWR-chemicals / VWR-international 22328.262
Iso-pentane VWR-chemicals / VWR-international 24872.298
Etanol 96% VWR-chemicals / VWR-international 20905.296
NaOH MERCK, Stockholm, Sweden 1.06498.1000
Na acetate MERCK 1.06268.1000
KCl MERCK 1.04936.1000
Ammonium Sulphide MERCK U1507042828
Acetic acid 100% MERCK 1.00063.2511
Schiffs´ Reagent MERCK 1.09033.0500
Periodic acid MERCK 1.00524.0025
Chloroform MERCK 1.02445.1000
pH-meter LANGE HACH LANGE GMBH, Dusseldorf, Germany
Light microscope Olympus BH-2, Olympus, Tokyo, Japan
Cryostat  Leica CM1950 Leica Microsystems, Wetzlar, Germany
Leica software Leica Qwin V3 Leica Microsystems
Gel Doc 2000 - Bio-Rad, camera setup Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden 
Software program Quantift One - 4.6 (version 4.6.3; Bio Rad) Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden 
Oral glucos tolerance test, OGTT
Glukos APL 75 g APL, Stockholm, Sweden 323,188
Automated analyser Biosen 5140 EKF Diagnostics, Barleben, Germany
Insulin and C-peptide in plasma kit ELISA Mercodia AB, Uppsala Sweden 10-1132-01, 10-1134-01
Plate reader Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland
Further equipment
Measures of fat-free mass FFM-Tanita T5896, Tanita, Tokyo, Japan
Strength training equipment for all training exercises Cybex International Inc., Medway, Massachusetts, USA 
Cycle ergometer  Monark Ergometer 893E, Monark Exercises, Varberg, Sweden 
Heart rate monitor RS800, Polar Polar Electro OY, Kampele, Finland
Oxycin-Pro - automatic ergo-spirometric device Erich Jaeger GmbH, Hoechberg, Germany
Isokinetic dynamometer, Isomed 2000, knee muscle strength D&R Ferstl GmbH, Henau, Germany
CED 1401 data acquisition system and Signal software Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK
Software for muscle strength analysis, Spike 2, version 7 Signal Hound, LA Center, WA, USA
Statistica software for statistical analyses Statistica, Stat soft. inc, Tulsa, Oklahoma, USA
Muscle biopsy equipment
Weil Blakesley conchotome Wisex, Mölndal, Sweden
Local anesthesia  Carbocain, 20 mL, 20 mg/mL; Astra Zeneca, Södertälje, Sweden 169,367
Surgical Blade Feather Safety Razor CO, LTD, Osaka, Japan  11048030

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Carrick-Ranson, G., et al. The effect of age-related differences in body size and composition on cardiovascular determinants of VO2max. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 68 (5), 608-616 (2013).
  2. Peterson, C. M., Johannsen, D. L., Ravussin, E. Skeletal muscle mitochondria and aging: a review. J. Aging. 2012, 194821 (2012).
  3. Russell, A. P., Foletta, V. C., Snow, R. J., Wadley, G. D. Skeletal muscle mitochondria: a major player in exercise, health and disease. Biochim. Biophys. Acta. 1840 (4), 1276-1284 (2014).
  4. Conley, K. E., Jubrias, S. A., Esselman, P. C. Oxidative capacity and ageing in human muscle. J. Physiol. 526 (Pt 1), 203-210 (2000).
  5. Holloszy, J. O. Adaptation of skeletal muscle to endurance exercise. Med. Sci. Sports. 7 (3), 155-164 (1975).
  6. Menshikova, E. V., Ritov, V. B., Fairfull, L., Ferrell, R. E., Kelley, D. E., Goodpaster, B. H. Effects of exercise on mitochondrial content and function in aging human skeletal muscle. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61 (6), 534-540 (2006).
  7. Balakrishnan, V. S., et al. Resistance training increases muscle mitochondrial biogenesis in patients with chronic kidney disease. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 5 (6), 996-1002 (2010).
  8. Ferrara, C. M., Goldberg, A. P., Ortmeyer, H. K., Ryan, A. S. Effects of aerobic and resistive exercise training on glucose disposal and skeletal muscle metabolism in older men. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61 (5), 480-487 (2006).
  9. Frontera, W. R., Meredith, C. N., O'Reilly, K. P., Evans, W. J. Strength training and determinants of VO2max in older men. J. Appl. Physiol. (1985). 68 (1), 329-333 (1990).
  10. Toth, M. J., Miller, M. S., Ward, K. A., Ades, P. A. Skeletal muscle mitochondrial density, gene expression, and enzyme activities in human heart failure: minimal effects of the disease and resistance training. J. Appl. Physiol. (1985). 112 (11), 1864-1874 (2012).
  11. Zachwieja, J. J., Toffolo, G., Cobelli, C., Bier, D. M., Yarasheski, K. E. Resistance exercise and growth hormone administration in older men: effects on insulin sensitivity and secretion during a stable-label intravenous glucose tolerance test. Metabolism. 45 (2), 254-260 (1996).
  12. Davidson, L. E., et al. Effects of exercise modality on insulin resistance and functional limitation in older adults: a randomized controlled trial. Arch. Intern. Med. 169 (2), 122-131 (2009).
  13. DeFronzo, R. A., Tobin, J. D., Andres, R. Glucose clamp technique: a method for quantifying insulin secretion and resistance. Am. J. Physiol. 237 (3), E214-E223 (1979).
  14. Åstrand, P. O., Ryhming, I. A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during sub-maximal work. J. Appl. Physiol. 7 (2), 218-221 (1954).
  15. Björkman, F., Ekblom-Bak, E., Ekblom, Ö, Ekblom, B. Validity of the revised Ekblom Bak cycle ergometer test in adults. Eur. J. Appl. Physiol. 116 (9), 1627-1638 (2016).
  16. Seger, J. H., Westing, S. H., Hanson, M., Karlson, E., Ekblom, B. A new dynamometer measuring eccentric and eccentric muscle strength in accelerated, decelerated and isokinetic movements: validity and reproducibility. Eur. J. Appl. Physiol. 57 (5), 526-530 (1988).
  17. Westing, S. H., Seger, J. Y., Karlson, E., Ekblom, B. Eccentric and concentric torque-velocity characteristics of the quadriceps femoris in man. Eur. J. Appl. Physiol. 58 (1-2), 100-104 (1988).
  18. Aagaard, P., Simonsen, E. B., Andersen, J. L., Magnusson, P., Dyhre-Poulsen, P. Increased rate of force development and neural drive of human skeletal muscle following resistance training. J. Appl. Physiol. 93 (4), 1318-1326 (2002).
  19. Andersen, L. L., Aagaard, P. Influence of maximal muscle strength and intrinsic muscle contractile properties on contractile rate of force development. Eur. J. Appl. Physiol. 96 (1), 46-52 (2006).
  20. Henriksson, K. G. "Semi-open" muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure. Acta Neurol. Scand. 59 (6), 317-323 (1979).
  21. Matsuda, M., DeFronzo, R. A. Insulin sensitivity indices obtained from oral glucose tolerance testing: comparison with the euglycemic insulin clamp. Diabetes Care. 22 (9), 1462-1470 (1999).
  22. American Diabetes, Association. Diagnosis and classification of diabetes mellitus. Diabetes Care. 28, Suppl 1. S37-S42 (2005).
  23. Moberg, M., Apró, W., Ekblom, B., van Hall, G., Holmberg, H. C., Blomstrand, E. Activation of mTORC1 by leucine is potentiated by branched-chain amino acids and even more so by essential amino acids following resistance exercise. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 310 (11), C874-C884 (2016).
  24. Antharavally, B. S., Carter, B., Bell, P. A., Krishna Mallia,, A, A high-affinity reversible protein stain for Western blots. Anal. Biochem. 329 (2), 276-280 (2004).
  25. Brooke, M. H., Kaiser KK, Muscle fiber types: how many and what kind? Arch. Neurol. 23 (4), 369-379 (1970).
  26. Brooke, M. H., Kaiser, K. K. Three "myosin adenosine triphosphatase" systems: the nature of their pH lability and sulfhydryl dependence. J. Histochem. Cytochem. 18 (9), 670-672 (1970).
  27. Andersen, P. Capillary density in skeletal muscle of man. Acta Physiol. Scand. 95 (2), 203-205 (1975).
  28. Frank, P., Andersson, E., Pontén, M., Ekblom, B., Ekblom, M., Sahlin, K. Strength training improves muscle aerobic capacity and glucose tolerance in elderly. Scand. J. Med. Sci. Sports. 26 (7), 764-773 (2016).
  29. Blomstrand, E., Celsing, F., Fridén, J., Ekblom, B. How to calculate human muscle fibre areas in biopsy samples--methodological considerations. Acta Physiol. Scand. 122 (4), 545-551 (1984).
  30. Cuthbertson, D., et al. Anabolic signaling deficits underlie amino acid resistance of wasting, aging muscle. FASEB J. 19 (3), 422-424 (2005).
  31. Vincent, K. R., Braith, R. W., Feldman, R. A., Kallas, H. E., Lowenthal, D. T. Improved cardiorespiratory endurance following 6 months of resistance exercise in elderly men and women. Arch. Intern. Med. 162 (6), 673-678 (2002).
  32. Cadore, E. L., et al. Effects of strength, endurance, and concurrent training on aerobic power and dynamic neuromuscular economy in elderly men. J. Strength Cond. Res. 25 (3), 758-766 (2011).
  33. Jubrias, S. A., Esselman, P. C., Price, L. B., Cress, M. E., Conley, K. E. Large energetic adaptations of elderly muscle to resistance and endurance training. J. Appl. Physiol. (1985). 90 (5), 1663-1670 (1985).
  34. Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1alpha-mediated regulation of gene expression and metabolism: implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).

Tags

Kemi udgave 125 Motion modstandstræning styrke mitokondrier mTOR aerob kapacitet insulinfølsomhed glukosetolerance.
Forbedring af styrke, magt, muskel-aerob kapacitet og glukosetolerance gennem kortvarig progressiv styrkeuddannelse blandt ældre mennesker
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Andersson, E. A., Frank, P.,… More

Andersson, E. A., Frank, P., Pontén, M., Ekblom, B., Ekblom, M., Moberg, M., Sahlin, K. Improving Strength, Power, Muscle Aerobic Capacity, and Glucose Tolerance through Short-term Progressive Strength Training Among Elderly People. J. Vis. Exp. (125), e55518, doi:10.3791/55518 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter