Waiting
Login processing...

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

Medicine

Induksjon og vurdering av anstrengelsesutløst Skeletal Muscle skader hos mennesker

Published: December 11, 2016 doi: 10.3791/54859
Automatic Translation
*1, *1, 1
1Exercise Sciences, Brigham Young University
* These authors contributed equally

Abstract

Sammentrekning-indusert muskelskader via frivillige eksentriske (forlengelses) sammentrekninger tilbyr en utmerket modell for å studere muskel tilpasning og gjenvinning hos mennesker. Heri vi diskutere utformingen av en eksentrisk trening protokollen til å indusere skader i quadriceps muskler, preget av endringer i styrke, sårhet, og plasma kreatin kinase nivå. Denne metoden er enkel, etisk, og mye brukt fordi den utføres i humane deltakerne og eliminerer arts oversettelse av resultatene. Emner utføre 300 maksimale eksentriske kontraksjoner av kneet ekstensormuskler med en hastighet på 120 ° / sek på en isokinetisk dynamometer. Omfanget av skaden er målbar ved hjelp av relativt ikke-invasive isokinetic og isometriske tiltak av styrke tap, sårhet, og plasma kreatin kinase nivå over flere dager etter trening. Derfor kan dens anvendelse være rettet mot bestemte populasjoner i et forsøk på å identifisere mekanismer for muskeltilpasning og regenerering.

Protocol

Følgende prosedyrer er i samsvar med kravene i den Brigham Young University Institutional Review Board (IRB).

1. Forbered sammentrekning protokoller

MERK: Følgende protokoll instruksjoner er basert på Biodex Advantage programvare. Navigere programvare og drift av dynamometer vil bli annerledes hvis ulike systemer brukes.

  1. Isokinetic Styrke Test Protocol
    1. For å gjøre isokinetisk protokollen, åpen dynamometer kontroll programvare på datamaskinen, og velg fanen "Protokoll" og velg deretter "Record" -kategorien på verktøylinjen øverst på skjermen. Velg "New Protocol" fra rullegardinlisten.
    2. I "Study Type" -boksen, velger du "Test" alternativet.
    3. Velg følgende parametere fra rullegardinmenyene: Under "Mode" -menyen velger Isokinetic. Under "Joint" -menyen velger kneet. Under " Pattern ". Menyen velger forlengelse / fleksjon Velg konsentriske kontraksjoner for både forlengelse og fleksjon bevegelser Velg." Reps "under" End etter "rullegardinmenyen.
    4. På "ensidig" tab program ett sett av 3 repetisjoner med en hastighet på 60 ° / sek for både bort og mot sammentrekninger. For å gjøre dette, skriver du inn "1" til "# sett» -feltet og skriv "3" i "End Ved Reps" rad. Deretter skriver 60 i både "Speed ​​Away" og "Speed ​​Mot" rader.
    5. Bruk 90 ° som anatomiske referansepunkt og angi omfanget av bevegelse grenser til omtrent 10 ° bort og 110 ° mot (0 ° = full forlengelse, 135 ° = Fullt fleksjon) .For å gjøre dette, velger "set ROM" knappen på venstre side av skjermen. Kalibrer vektarmen, slik at 90 ° er parallell med gulvet (som indikert ved hjelp av vektarmen vinkelindikatoren tilgjengelig på dataskjermen). Deretter bruke 90 ° som anatomisk reskjellen punkt, sett omfanget av bevegelse grenser til omtrent 10 ° bort og 110 ° mot (0 ° = full forlengelse, 135 ° = fullt fleksjon).
      MERK: felles vinkelinnstillinger gitt her er å foretrekke, men disse innstillingene skal endres fra sak til sak, spesielt når du arbeider med personer med fast fleksjon misdannelse eller annen begrensning.
    6. Navn protokollen i "Beskrivelse" feltet nederst til venstre på skjermen og velg lagre-knappen på den øverste menylinjen.
  2. Isometrisk Styrke Test Protocol
    1. Gjenta trinn 1.1.1 til å begynne å gjøre isometrisk protokollen.
    2. Velg "Test" fra "Study Type" -boksen.
    3. Velg følgende parametere fra rullegardinmenyene: Under "Mode" -menyen, velg "isometrisk". Under "Joint" -menyen, velg "kne". Under "Pattern" -menyen, velg "forlengelse / fleksjon". Under "Contraction Direction "-menyen velger du" borte ". I" avslutte med "-menyen velger du" representanter ".
    4. Program en test med ett sett av 3 isometriske kontraksjoner som varer i fem sekunder hver på en felles vinkel på 70 °. For å gjøre dette, skriver du "1" inn i "posisjoner" feltet på "Ensidig" -kategorien. Under posisjon # 1 kolonne, type "3" i "Avslutt med Reps" rad. I raden merket "Angle" velg "70".
    5. Velg 90 ° som anatomiske referansepunkt og en bort grense til 70 °.
    6. Navn protokollen i "Beskrivelse" feltet nederst til venstre på skjermen og velg lagre-knappen på den øverste menylinjen.
  3. Muskel Skade Eksentrisk Trening Protocol
    1. For å gjøre den eksentriske øvelsen protokollen, åpen dynamometer kontroll programvare på datamaskinen, og velg fanen "Protokoll". Deretter velger du "Record" -kategorien på verktøylinjen øverst på skjermen. Nå klikker du på "Ny Protocol &# 34; fra rullegardinlisten.
    2. Velg "Exercise" fra "Study Type" -boksen.
    3. Velg følgende parametere fra rullegardinmenyene: Under "Mode" -menyen, velg "isokinetisk". Under "Joint" -menyen, velg "kne". Under "Pattern" -menyen, velg "Extension / fleksjon". Under "sammentrekning" -menyen, velg "Con / ECC".
    4. På "Ensidig" -kategorien, program 10 sett med 10 repetisjoner med en hastighet på 180 ° / sek unna og 120 ° / sek mot med 60 sek hvile mellom settene.
      1. Skriv "10" inn i "# Sett" -feltet.
      2. I den første kolonnen (merket # 1), skriv "10" i raden merket "Avslutt med representanter". Skriv "180" i neste rad merket "Speed ​​Away". I neste raden "Speed ​​Mot", skriv "120". I raden "Torque", skriv 200-600 avhengig av forventet styrke på subject.
      3. Gjenta trinn 1.3.4.2 for settene # 2 til # 10.
      4. Type 60 i "Rest Tid i sekunder" -feltet.
    5. Skriv 90 ° inn i "Anatomisk Reference" -feltet.
    6. Velg "Set ROM" knappen på venstre side av skjermen og sett omfanget av bevegelse grenser for 40 ° vekk og 110 ° mot (0 ° = full forlengelse, 135 ° = fullt fleksjon). Disse innstillinger gir bevegelsesområdet gjennom hvilken emnet skal gi motstand mot den arm av dynamometer. Som en sikkerhetsforanstaltning, vil dynamometer slutte å bevege seg hvis motivet slutter å gi motstand i dette spesifisert utvalg av bevegelse.
      1. Hvis du vil angi omfanget av bevegelse, velg "set ROM" knappen på venstre side av skjermen. Kalibrer vektarmen, slik at 90 ° er parallell med gulvet (som indikert ved hjelp av vektarmen vinkelindikatoren tilgjengelig på dataskjermen). Deretter bruke 90 ° som anatomiske referansepunkt, set utvalg av bevegelse grenser for 40 ° vekk og 110 ° mot (0 ° = full forlengelse, 135 ° = fullt fleksjon).
        MERK: Disse felles vinkelinnstillinger er forslag for en typisk sunn emne. Disse bør endres for å passe evner fra en person til en annen.
    7. Navn protokollen i "Beskrivelse" feltet og velg "Lagre" knappen øverst verktøylinjen.

2. basismålinger

  1. sårhet Målinger
    1. Gjør en visuell analog skala ved å tegne en 100 mm linje horisontalt over en side.
    2. På venstre side av linjen indikere "No sårhet" og på høyre side av linjen indikere "Extreme sårhet" (figur 1). Denne metoden er ofte brukt til å vurdere forsinket utbruddet stølhet 1,10,11.
    3. Be faget å gjøre to kroppsvekt knebøy. Utfør både knebøy med armene holdt straight ut foran skuldrene og føttene skulder bredde hverandre. Riktig dybde er nådd når lårene er parallelle med gulvet før du går tilbake til startposisjonen.
    4. Spør om å angi intensiteten av sårhet han eller hun kjente i quadriceps femoris muskler i løpet av knebøy ved å tegne en vertikal linje på riktig sted på visuell analog skala.
    5. Kvantifisere fagets nivå av sårhet ved å måle avstanden i millimeter fra nei-sårhet enden av visuell analog skala til motivets mark.
  2. Serum kreatinkinase
    FORSIKTIG: Bruk vernehansker før du håndterer blod og kast nåler umiddelbart etter bruk i en beholder for skarpe gjenstander som per sykehus eller universitet politikk.
    1. Følg standardiserte phlebotomy prosedyrer for å trekke blod fra antecubital region av pasientens arm i fastende tilstand å få 5 til 6 ml blod 12.
    2. sentrifugerblodprøve ved 15 xg i 15 min ved 3 ° C for å separere serum fra blodceller.
    3. Ved hjelp av en overføring pipette, overføre serumprøve til et mikrosentrifugerør merket hensiktsmessig for faget og tidspunkt.
    4. Oppbevar prøven ved -80 ° C for senere bruk.
    5. Analyse ble serumprøvene for kreatin kinase aktivitet ved anvendelse av et kommersielt tilgjengelig kit ifølge produsentens protokoll. Alternativt kan serumprøvene bli transportert til en lokal medisinsk diagnostisk laboratorium for analyse.
  3. Subject Forberedelse
    1. Førti-åtte timer før faget besøk, instruere dem til å unngå anstrengende eller uvant trening, ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler og alkohol.
    2. Når motivet kommer, samle vekt, høyde, kjønn og ben dominans informasjon før oppsett. Leg dominans kan bestemmes ved å spørre emnet med hvilken etappe de ville velge å sparke en ball.
    3. Har subject varme opp på 50 til 150 W i 10 min på en ergometersykkel før du utfører styrketester.
    4. Etter oppvarmingen spør om å sitte i stolen av dynamometer. Juster vinkelen, høyde, bredde, hvile, og rotasjon av setet og akselen arm for å passe faget. Bruk laterale femurkondyl som en referanse og justere rotasjonsaksen til kneet med den til dynamometeret aksel arm. Juster akselen arm lengde, slik at det er bare proksimalt for den mediale malleolus, og fest med stroppen. Subject skal kunne plantar flex komfortabelt med hele spekteret av bevegelse.
    5. La det være tilstrekkelig plass (25 mm) mellom forkanten av setet og baksiden av leggen for å tillate maksimal fleksjon av kneleddet uten å klype eller ubehag.
    6. Stabil emnet med skulder, hofte, ankel og lår stropper. For å isolere kneet extensors og unngå tilleggs muskel engasjement, er det viktig at faget være forsvarlig stabilisert.
    7. Har faget utføre3-5 praksis forlengelse / fleksjon manøvrer av kneet, overvåke omfanget av bevegelse og tegn på ubehag som kan eksistere før start av sammentrekning protokollen, og justere etter behov.
    8. Nå som de justerbare komponenter av dynamometer er godt tilpasset til emnet, ta sete innstilling og aksel arm posisjon for repeterbare oppsett ved senere besøk.
      MERK: Det er viktig at temaet er trygg og komfortabel. Den dynamometer er utstyrt med en nødstoppknapp for både faget og operatør i tilfelle en nødsituasjon.
  4. Force Measurement
    1. Etter at emnet er riktig orientert i setet og isometrisk styrke testprotokollen er lastet, instruere emnet om hvordan å utføre testen.
      1. Fortell emnet som han eller hun vil bli kontrahering mot hevarmen som vil bo stille. Fortell lagt følg instruksjonene på skjermen gjør 3 sammentrekninger som varer 5 sek each.
      2. Fortell faget for å opprettholde maksimal innsats for hver sammentrekning. Fortell lagt puste under riene. Spør om å krysse armene over brystet under testen.
      3. Start isometrisk protokollen og at motivet for å øve på prøve med submaksimal innsats. Denne praksisen rettssaken vil lest faget på prøve samt gi en test-spesifikk oppvarming. Tillate emnet å øve på prøve 2 til 3 ganger.
    2. Når motivet er ferdig, starter testen og verbalt oppmuntre faget for å gi maksimal innsats for hver sammentrekning.
    3. Record dreiemoment, kraft og arbeid. Programmet beregner også koeffisienten av varians (en statistisk representasjon av test gyldighet på grunnlag av reproduserbarheten av resultatene, og lavere verdier indikerer høyere reproduserbarhet). Dersom koeffisienten til avviket overstiger 15%, gjenta testen. Gjenta testen opptil 4 ganger. Hvis motivet ikke er i stand til å produsere en koeffisient ovarians f mindre enn 15% etter 4 forsøk bruke data fra settet som ga lavest koeffisient av varians verdi.
    4. La lagt to til tre minutter til resten, og legg i isokinetisk protokollen for å få isokinetic styrke data.
    5. Etter at emnet er festet i setet, instruere om hvordan du utfører isokinetisk test.
      1. Fortell faget at de skal gjøre tre forlengelse og fleksjon sammentrekninger mot hevarmen som vil flytte til en fast rente. Fortell emnet målet er å trekke så hardt som mulig gjennom hele spekteret av bevegelse for hver sammentrekning.
      2. Fortell dem at hevarmen stopper når de kommer til enden av bevegelsesområdet. Spør om å krysse armene over brystet under testen. Minn faget ikke å holde pusten under sammentrekningene
        MERK: Mens data samlet fra fleksjon komponent av sammentrekning ikke kan være av interesse for forskeren, subjstp som gir maksimal innsats for både fleksjon og ekstensjon manøvrer en tendens til å gi bedre kraft konsistens i forlengelses manøveren.
    6. Start test og verbalt oppmuntre faget for å gi maksimal innsats.
    7. Record dreiemoment, kraft og arbeid. Programmet beregner også koeffisienten av varians (en statistisk representasjon av test gyldighet på grunnlag av reproduserbarheten av resultatene, og lavere verdier indikerer høyere reproduserbarhet). Dersom koeffisienten til avviket overstiger 15%, gjenta testen.
      1. Gjenta testen opptil 4 ganger. Hvis motivet ikke er i stand til å produsere en koeffisient av variasjon mindre enn 15% etter 4 forsøk, bruke data fra settet som ga lavest koeffisient av varians verdi.

3. Skade Induksjon

  1. En til tre dager etter at basismålinger i del 2, har faget tilbake til laboratoriet for skaden induksjon delen avprotokollen
  2. Har faget warm-up på en ergometersykkel i 10 min ved 50 til 150 W.
  3. Etter oppvarmingen, orientere og sikre motivet i dynamometer ved hjelp av justeringsinnstillinger registrerte i trinn 2.3.7, legger muskel skade eksentrisk trening protokollen og instruere emnet om hvordan du skal utføre øvelsen.
    1. Si faget at de vil trekke seg sammen mot hevarmen for å innlede bevegelsen av akselen arm for hver kontraksjon. Fortell emnet som så akselen arm beveger seg mot dem til en fast rente, er deres mål å trekke seg sammen mot det som kraftig som mulig.
    2. La lagt gripe håndtakene på hver side av setet.
    3. Fortell lagt puste under riene; puster under den eksentriske fasen.
  4. Når motivet er ferdig, starter det første settet med sammentrekninger ved å trykke på startknappen på skjermen.
  5. Verbalt oppmuntre faget for å opprettholde maksimal effort for hver sammentrekning.
  6. Følg instruksjonene på skjermen som vil lede faget gjennom 10 sett med 10 repetisjoner med en 1 min hvileperiode mellom settene.
  7. Når 10 sett er fullført tillate emnet fra 1 til 5 min til hvile før gjentatt protokollen.
    MERK: Det maksimale antall sett tilgjengelig under eksentriske protokollen er 10 men dette kan variere avhengig av dynamometer og programvare som brukes. Resten gir tid for operatøren å laste protokollen om nødvendig.
  8. Gjenta prosedyren to ganger for totalt 300 overveiende eksentriske kontraksjoner.

4. muskelskade Assessment

  1. Gjenta både Isokinetic og isometriske styrketest som beskrevet i 2.4 umiddelbart etter den skadelige trening og ved 24, 48, 72 og 96 timer etter.
  2. Gjenta sårhet måling som beskrevet i del 2.1 ved 24, 48, 72 og 96 timer etter skade trening. Sørg for å bruke en ny visuell analog skala for hvervurdering slik at motivet ikke kan se sine tidligere svar.
  3. Gjenta blodprøvetaking som beskrevet i avsnitt 2.2 for kreatin kinase analysen ved 48 og 120 timer etter skade trening, eller ved tidspunkter som dikteres av den forsøksprotokoll.
  4. Plotte kreatinkinase, styrke og sårhet av data på y-aksen for en graf mot tiden på x-aksen.
  5. Observere hvordan disse variablene avviker fra og tilbake mot utgangsverdiene i dagene etter trening, noe som indikerer skader og reparasjon, henholdsvis.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ved hjelp av metodene som presenteres her, baseline sårhet, serum kreatin kinase aktivitet, og styrke (isometrisk og isokinetic) målinger ble tatt i 7 utrente unge menn. Dagen etter, fagene gikk muskel skade eksentriske sammentrekning protokollen beskrevet ovenfor. Å gi indekser for muskelskade, følge opp vurderinger av styrke, sårhet og serum kreatin kinase aktivitet ble gjort. Styrke ble målt umiddelbart etter så vel som 24, 48, 72 og 96 timer etter trening. Sårhet ble målt 24, 48, 72 og 96 timer etter trening. Serum kreatin kinase ble målt til 48 og 120 timer etter trening. Disse data ble analysert ved hjelp av en enveis gjentatte målinger variansanalyse med en Dunnetfs multiple sammenligningstester for å sammenligne etter øvelsen verdier til den pre-øvelsen verdi. Sammenlignet med pre-trening, isometrisk og isokinetisk styrke ble redusert til 24 og 48 timer etter trening, henholdsvis, og returnert tilsvar til pre-treningsverdiene deretter (figur 2). Sårhet ble betydelig øket ved 24, 48 og 72 timer etter trening (figur 3). Serum kreatin kinase ble signifikant forhøyet 48 timer etter trening (figur 4). Figur 5 viser en atypisk isometrisk kraft kurve i dagene etter skade trening.

Figur 1
Figur 1: visuell analog skala som brukes til å kvantifisere stølhet av quadriceps femoris muskler. Fag er instruert til å gjøre to kroppsvekt knebøy og deretter angi på linjen graden av sårhet de følte i quadriceps muskler under knebøy manøveren. Forskeren kvantifiserer dette ved å måle avstanden av merket i mm fra nei-sårhet enden av skalaen."Http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54859/54859fig1large.jpg" target = "_ blank"> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: Isometrisk kraft (A) og 60 o / s isokinetisk styrke (B) av kneet ekstensormuskler en dag før (pre), umiddelbart etter (imm post), 24, 48, 72 og 96 timer etter et anfall av 300 maksimal innsats forlenge sammentrekninger. Data er uttrykt som en prosent av pre-exercise kraftverdi (gjennomsnitt ± SD). Data ble analysert med en enveis gjentatte målinger variansanalyse med en Dunnetts test for multiple sammenligninger. * Indikerer signifikant forskjell fra pre (p <0,05). Dette tallet er tilpasset fra referanse 3. Klikk her for å se et større version av dette tallet.

Figur 3
Figur 3: sårhet responskurven en dag før trening (pre), så vel som ved 24, 48, 72 og 96 timer etter 300 maximal-innsats forlengelse sammentrekninger. Dataene er uttrykt i log skala 10 (gjennomsnitt ± SD). * Indikerer signifikant forskjell fra pre utøvelse (p <0,05). Dette tallet er tilpasset fra referanse 3. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4: Serum kreatin kinase (CK) aktivitet (gjennomsnitt ± SD) 24 timer før (pre), 48 og 120 timer etter 300 maximal-innsats forlengelse fortsractions (LC). Data er presentert som prosent av pre-treningsverdiene på stokken 10 skala. * Indikerer signifikant forskjell fra pre (p <0,05), ns indikerer ingen signifikant forskjell. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5: Isometrisk kraft av kneet ekstensormuskler av en gjenstand som viste en atypisk respons. Force målinger umiddelbart etter (imm post) 24, 48, 72 og 96 timer etter et anfall av 300 maksimal innsats forlengelse trekningene ikke ble redusert i forhold til pre trening (pre) verdi i dette faget. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Flere trinn er avgjørende for å oppnå de ønskede resultatene av denne protokollen. For det første må fag være tilstrekkelig kjent til kontraksjonskreftene protokoller, særlig styrkemålinger. Pass på at motivet forstår akkurat hva de forventes å gjøre, og gi dem en mulighet til å øve på styrketester før datainnsamling. Emner som ikke er tilstrekkelig kjent med disse prosedyrene kan vise en læringskurve i løpet av de dagene etter skaden induksjon. Dette kan være en konfunderende variabel gjengi styrkemålinger ugyldig. Figur 5 viser data fra en person som kanskje ikke har blitt ordentlig kjent. Dette emnet viste økt styrke på grunn av, kanskje, for å lære i løpet av forsøket til tross for den skadelige øvelsen. For det andre, kan valget av emnet populasjonen også være avgjørende for denne protokoll. Av muskelskader kan variere sterkt fra fag til fag, avhengig av mange faktører, herunder trent status for den enkelte. Enkeltpersoner vant til eksentrisk trening vil vise mye mindre skade enn uvant individer. Dette kan være en viktig faktor når du velger et emne befolkning. Hvis en forsker er interessert i å observere en stor skade respons, vil en befolkning uvant til eksentrisk trening være mest sannsynlig å gi dette utfallet. Til slutt er det viktig at emnet er gjennomgående anbrakt på dynamometer i løpet av de gjentatte besøk. Forskeren bør notere posisjonsinnstillingene for hver justerbar komponent av dynamometer for hvert fag og sett den deretter for hvert oppfølgingstest. Dette vil redusere variabiliteten på grunn av postural forskjeller.

Mange forskjellige Dynameters er tilgjengelige. Mens metodene gitt her er spesifikke for Biodex dynamometer og kontroll programvare, kan disse metodene tilpasses for bruk med andre dynamometer etter at regnskap for Operating forskjeller. Bruken av dynamometer som presenteres her gir fordeler i forhold til andre metoder som brukes for å indusere muskelskader hos mennesker. Disse fordelene inkluderer nøyaktig kvantifisere det totale arbeidet som er gjort under øvelsen, kontrollerende vinkelhastighet, og nøyaktig måling styrke og styrke tap. Imidlertid kan andre fremgangsmåter for skade induksjon anvendes i det tilfelle at et dynamometer ikke er tilgjengelig eller ikke er foretrukket. Hubal og medarbeidere 13 brukes gjentatte stol sit og opphav metode for effektivt indusert muskelskade. I denne studien fag utført forlengelse kontraksjoner ved å senke ned i en stol. Stupka og kolleger 14 brukte tradisjonelt kne strekk trening under hvilke emner utføres forlengelse komponenten av sammentrekning ved 120% av konsentriske en repetisjon maksimum. Downhill løping er også en effektiv stimulans for å forårsake muskel skader 15,16. Disse andre fremgangsmåter for skader induksjon kan være foretrukket dersom en forskerinteressert i å observere skade fra en mer real-world eller sport-spesifikk stimulus eller fra en lukket kinetisk kjede bevegelse. En annen modifikasjon til denne protokollen at forskeren kan vurdere er frekvensen av blodprøver for kreatin kinase måling. For å få mest informative bilde av serum kreatin kinase etter trening, kan forskeren velge å ta blodprøver hver 24. time i fem til seks dager etter skade. Dette vil sikre at peak serum kreatin kinase verdier ikke er savnet. Også dette vil gi bedre informasjon med hensyn til arten av de endringer i serum kreatin kinase, for eksempel om kurven følger et mono- eller bifasisk form.

En begrensning av denne protokollen er at styrken tap, serum kreatin kinase, og sårhet, er indirekte markører for skade. Mens direkte bevis for skade kan observeres ved å skaffe seg en muskelprøve og bruke elektronmikroskopi, andre histologiske metoder i gnagere ikke oppdager voluntary sammentrekning-indusert skade i menneskelig muskel 17,18. Tatt i betraktning de begrensede metoder som kan direkte påvise muskelskader i forbindelse med frivillig kontraksjon-indusert skade på mennesker, indirekte markører for skade er blant de beste alternativene 10.

Aspekter av både datainnsamling og analyse kan kreve feilsøking. Under muskel skadelige protokollen, må emnet utløser bevegelsen av akselen arm for hver eksentriske sammentrekning. Faget gjør dette ved kontrahering mot den stasjonære armen i en utvidet kne stilling inntil en terskelkraftverdien er oppfylt som utløser akselen bevegelse og den eksentriske sammentrekning. Terskelverdien kraftverdi er 10% av den dreiemomentverdi programmert inn i sammentrekning protokollen (trinn 1.3.4.2). Fagene kan ha vanskeligheter med å møte terskelkraften i den utvidede kneet startposisjonen, spesielt etter flere sett har blitt gjennomført. Forskeren kan hjelpe faget nå threshold å iverksette sammentrekningene ved å trekke på akselen arm. Alternativt kan den dreiemomentverdi programmert inn i hver kontraksjon av protokollen (1.3.4.2) bli redusert, slik at terskelen er lavere. Imidlertid må dreiemomentet ikke settes for lavt fordi hvis motivet stiger dreiemomentet på akselen arm vil stoppe og sammentrekning vil bli avbrutt. Naturen av kreatin kinase og sårhet data kan også gi noen problemer for de etterforsker. Disse datasettene blir ofte ikke er normalfordelt. Begge variabler har en tendens til å vise ikke-homogeniteten av varians slik at økt variasjon forekommer med høyere middelverdier. På grunn av innholdet av disse variablene, er en logg transformasjon ofte hensiktsmessig å normalfordelingene og homogen variansen før statistisk analyse. Alternativt kan ikke-parametriske tester anvendes.

Den anstrengelsesutløst muskelskade protokollen beskrevet i denne artikkelen kan ha brede programmer. Den primære strength for å bruke protokollen er mulighet for å studere cellulære og molekylære prosesser som styrer muskel reparasjon, fornyelse og tilpasning direkte i mennesker. Videre forsinket muskelømhet og midlertidige styrke tap er ofte uønskede konsekvenser av anstrengende, eller roman trening. Ved hjelp av en øvelse-basert skade protokoll som den er beskrevet her, er forskerne gitt en validert modellen kan teste effektiviteten av ernæringsmessige, nutraceutical, eller farmakologiske intervensjoner eller andre behandlinger som skal beskytte mot forsinket muskelømhet etter trening.

Avslutningsvis beskriver dette manuskriptet en trygg og pålitelig metode for å føre og kvantifisere sammentrekning-indusert skjelettmuskelskader hos mennesker. Den bruker eksentriske kontraksjoner av kneet extensors som er kontrollert av en dynamometer for å indusere skader. Muskelskade vurderes invasivt med forsinket muskelømhet,serum kreatin kinase og styrke tap. Mens protokollen er skrevet for en spesifikk dynamometer for skade induksjons og styrkemålinger, kan denne protokollen kan tilpasses for bruk med andre dynamometre, så vel som andre former for kontraksjon indusert skade alle sammen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Biodex Dynomometer Biodex Medical Systems 850-000 Other models are available and should produce similar results
Creatine Kinase kit Sigma-Aldrich  MAK116
Serum Vacutainers BD Bioscience 367812
Winged safety push button blood collection set BD Bioscience 367338
Cryogenic vials Sigma-Aldrich V5007 We use the 2 ml vials to store serum aliquots

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Deyhle, M. R., et al. Skeletal Muscle Inflammation Following Repeated Bouts of Lengthening Contractions in Humans. Front. Physiol. 6, 424 (2015).
  2. Hyldahl, R. D., et al. Extracellular matrix remodeling and its contribution to protective adaptation following lengthening contractions in human muscle. FASEB J. 29 (7), 2894-2904 (2015).
  3. Hyldahl, R. D., Olson, T., Welling, T., Groscost, L., Parcell, A. C. Satellite cell activity is differentially affected by contraction mode in human muscle following a work-matched bout of exercise. Front. Physiol. 5, 485 (2014).
  4. Clarkson, P. M., Kearns, A. K., Rouzier, P., Rubin, R., Thompson, P. D. Serum creatine kinase levels and renal function measures in exertional muscle damage. Med. Sci. Sports Exerc. 38 (4), 623-627 (2006).
  5. Clarkson, P. M. Exertional rhabdomyolysis and acute renal failure in marathon runners. Sports Med. 37 (4-5), 361-363 (2007).
  6. Seedat, Y. K., Aboo, N., Naicker, S., Parsoo, I. Acute renal failure in the "Comrades Marathon" runners. Ren. Fail. 11 (4), 209-212 (1989).
  7. Landau, M. E., Kenney, K., Deuster, P., Campbell, W. Exertional rhabdomyolysis: a clinical review with a focus on genetic influences. J. Clin. Neuromuscul. Dis. 13 (3), 122-136 (2012).
  8. Warren, G. L., et al. Role of CC chemokines in skeletal muscle functional restoration after injury. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 286 (5), C1031-C1036 (2004).
  9. Zhang, J., et al. CD8 T cells are involved in skeletal muscle regeneration through facilitating MCP-1 secretion and Gr1(high) macrophage infiltration. J. Immunol. 193 (10), 5149-5160 (2014).
  10. Cermak, N. M., Noseworthy, M. D., Bourgeois, J. M., Tarnopolsky, M. A., Gibala, M. J. Diffusion tensor MRI to assess skeletal muscle disruption following eccentric exercise. Muscle Nerve. 46 (1), 42-50 (2012).
  11. Chen, Y. W., Hubal, M. J., Hoffman, E. P., Thompson, P. D., Clarkson, P. M. Molecular responses of human muscle to eccentric exercise. J. Appl. Physiol. 95 (6), 2485-2494 (2003).
  12. Stasinger, S. K., Di Lorenzo, M. S. Phlebotomy Textbook. , 3rd, F.A. Davis Company. 188-203 (2011).
  13. Hubal, M. J., Chen, T. C., Thompson, P. D., Clarkson, P. M. Inflammatory gene changes associated with the repeated-bout effect. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 294 (5), R1628-R1637 (2008).
  14. Stupka, N., Tarnopolsky, M. A., Yardley, N. J., Phillips, S. M. Cellular adaptation to repeated eccentric exercise-induced muscle damage. J. Appl. Physiol. 91 (4), 1669-1678 (2001).
  15. Smith, L. L., et al. Changes in serum cytokines after repeated bouts of downhill running. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 32 (2), 233-240 (2007).
  16. Marqueste, T., Giannesini, B., Fur, Y. L., Cozzone, P. J., Bendahan, D. Comparative MRI analysis of T2 changes associated with single and repeated bouts of downhill running leading to eccentric-induced muscle damage. J. Appl. Physiol. 105 (1), 299-307 (2008).
  17. Crameri, R. M., et al. Myofibre damage in human skeletal muscle: effects of electrical stimulation versus voluntary contraction. J. Physiol. 583 (Pt 1), 365-380 (2007).
  18. Yu, J. G., Malm, C., Thornell, L. E. Eccentric contractions leading to DOMS do not cause loss of desmin nor fibre necrosis in human muscle. Histochem. Cell Biol. 118 (1), 29-34 (2002).
  19. Jamurtas, A. Z., et al. Comparison between leg and arm eccentric exercises of the same relative intensity on indices of muscle damage. Eur. J. Appl. Physiol. 95 (2-3), 179-185 (2005).

Tags

Medisin muskler skader eksentrisk mosjon sammentrekning sårhet styrke tap gjentatt bout effekt kreatin kinase tilpasning
Induksjon og vurdering av anstrengelsesutløst Skeletal Muscle skader hos mennesker
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Deyhle, M. R., Sorensen, J. R.,… More

Deyhle, M. R., Sorensen, J. R., Hyldahl, R. D. Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans. J. Vis. Exp. (118), e54859, doi:10.3791/54859 (2016).

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