Waiting
Login processing...

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

Medicine

Forbedre styrke, kraft, muskel aerob kapasitet og glukosetoleranse gjennom kortvarig progressiv styrketrening blant eldre 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 av kortsiktig motstandstrening hos eldre ble undersøkt ved samtidig bruk av flere metoder. Sammenlignet med en kontrollgruppe, ble det sett mange forbedringer, inkludert muskel-aerob kapasitet, glukosetoleranse, styrke, kraft og muskelkvalitet ( dvs. protein involvert i celle-signalering og sammensetning av muskelfibre).

Abstract

Denne protokollen beskriver samtidig bruk av et bredt spekter av metoder for å undersøke muskel aerob kapasitet, glukosetoleranse, styrke og kraft hos eldre som utfører kortsiktig motstandstrening (RET). Overvåket progressiv motstandsopplæring i 1 time tre ganger i uken i 8 uker ble utført av RET-deltakere (71 ± 1 år, intervall 65-80). Sammenliknet med en kontrollgruppe uten trening viste RET forbedringer på tiltakene som ble brukt for å indikere styrke, kraft, glukosetoleranse og flere parametere av muskel-aerob kapasitet. Styrketrening ble utført i et treningsstudio med kun robust treningsutstyr. Et isokinetisk dynamometer for kneledningsstyrke tillot måling av konsentrisk, eksentrisk og statisk styrke, noe som økte for RET-gruppen (8-12% etter versus forprøve). Kraften (frekvensen av kraftutvikling, RFD) ved den første 0-30 ms viste også en økning for RET-gruppen (52%). En glukosetoleranse test med frittNt blodglukosemålinger viste forbedringer bare for RET-gruppen når det gjelder blodglukoseverdier etter 2 timer (14%) og arealet under kurven (21%). Blodlipidprofilen ble også forbedret (8%). Fra muskelbiopsiprøver fremstilt ved hjelp av histokjemi økte mengden fiber type IIa, og en trend mot en reduksjon i IIx i RET-gruppen reflekterte en endring til en mer oksidativ profil i form av fibersammensetning. Western blot (for å bestemme proteininnholdet knyttet til signalering for muskelproteinsyntese) viste en økning på 69% i både Akt og mTOR i RET-gruppen; Dette viste også en økning i mitokondriale proteiner for OXPHOS-kompleks II og citratsyntase (begge ~ 30%) og for komplekse IV (90%), i bare RET-gruppen. Vi demonstrerer at denne typen progressiv motstandstrening gir forskjellige forbedringer ( f.eks. Styrke, kraft, aerob kapasitet, glukosetoleranse og plasma lipidprofil).

Introduction

Aldring er forbundet med tap av muskelmasse (sarkopi), styrke og kraft. Redusert styrke, og nok enda viktigere, strøm, resulterer i ustabilitet, økt risiko for skade og redusert livskvalitet. Motstandstrening er en kjent strategi for å motvirke sarkopati og forverring av muskelfunksjonen. Et grovt anslag på muskelstyrken kan oppnås ved belastning eller antall oppnådde gjentakelser. Denne studien fikk imidlertid mer detaljert og nøyaktig informasjon om muskelfunksjonen ved å bruke et isokinetisk dynamometer for å samle informasjon om dreiemomentet under isometrisk, konsentrisk og eksentrisk sammentrekning, samt på kinetikken av kraftutvikling.

Aerob kapasitet, både på hele kroppsnivå (VO 2max ) og i skjelettmuskelen, reduseres hos eldre. Nedgangen i hjertefrekvensen med alder forklarer en stor del av nedgangen i VO 2max 1 , men redusert musRen oksidativ kapasitet, i stor grad relatert til redusert fysisk aktivitet 2 , bidrar. Forringet mitokondriell funksjon kan også være involvert i utviklingen av sarkopi og insulinresistens 3 . Muskel aerob kapasitet ble vurdert i muskelbiopsier gjennom biokjemiske analyser av innholdet i mitokondrie enzymer og proteinkomplekser lokalisert både i matrisen ( dvs. citratsyntase) og den indre mitokondriamembranen. I tillegg ble histokemiske teknikker brukt til å måle effekten av motstandstrening på muskelmorfologi ( dvs. fibertype-sammensetning, fiber-tverrsnittsareal og kapillær tetthet). En alternativ metode for å vurdere muskel-aerob kapasitet ville være å bruke magnetisk resonansspektroskopi for å måle hastigheten av kreatinfosfatresyntese etter treningsinducert utmattelse 4 . Denne metoden gir et estimat av in vivo muskel aerob kapasitY, men kan ikke diskriminere mellom mitokondriell dysfunksjon og sirkulasjonsforstyrrelser. Videre begrenser de høye kostnadene ved utstyr bruken av denne teknikken i de fleste laboratorier. Aerob kapasitet (VO 2max og mitokondriell tetthet) kan forbedres ved utholdenhetstrening hos både unge og gamle 5 , 6 . Effekten av motstandstrening på disse parametrene har imidlertid blitt undersøkt mindre, særlig hos eldre personer, og resultatene er motstridende 7 , 8 , 9 , 10 .

Type 2 diabetes er en utbredt sykdom hos eldre. Fysisk inaktivitet og fedme er viktige livsstilsrelaterte faktorer som forklarer den økte forekomsten av type 2 diabetes. Lav intensitet aerob trening anbefales ofte til personer med nedsatt glukosetoleranse. Det er imidlertid ukjentLær hvordan styrketrening hos eldre påvirker glukosetoleranse / insulinfølsomhet 11 , 12 . Den mest nøyaktige måten å måle insulinfølsomhet på, er å bruke glukoseklemmeteknikken, hvor blodsukkeret holdes konstant ved glukoseinfusjon under forhold med forhøyet insulin 13 . Ulempene ved denne teknikken er at det er tidkrevende og invasiv (arteriell kateterisering) og krever spesielle laboratoriefasiliteter. I denne studien ble den muntlige glukosetoleranse testen, som er vanlig i helsevesenene, brukt. Denne metoden er egnet når flere fag skal undersøkes i en begrenset periode.

Testingen og tidslinjen for forsøksprosedyren kan oppsummeres som følger. Bruk tre separate dager for testing før og etter en periode på åtte uker, med samme arrangement og omtrentlige tidsplaner (≥24 timer mellom hver dag < Sterk> Figur 1). På den første testdagen måles: antropometriske data, som høyde, kroppsmasse, fettfri masse (FFM) og øvre benomkrets ( dvs. 15 cm over apex-patellaen i en avslappet liggende stilling); Submaximal sykling evne; Og knemuskelstyrke, som beskrevet i trinn 4 og 5. Ta en muskelbiopsi fra låret på den andre testdagen. For ytterligere beskrivelser, se trinn 6.1. Test oral glukosetoleranse (OGTT) på den siste testdagen. For ytterligere beskrivelser, se trinn 7.1. Be alle deltakerne å unngå kraftig fysisk aktivitet i 24 timer og å raske over natten før hver testdag. Be dem imidlertid å unngå anstrengende fysisk aktivitet i 48 timer før OGTT test dagen. Be dem om å følge sin normale hverdagens fysiske aktivitet og kosthold. Merk at pre- og post-intervensjon, begge gruppers selvrapporterte matinntak og type mat var uendret.

Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Figur 1: Eksperimentell protokoll. Skjematisk diagram. Tidspunktet mellom de tre før- og etterprøver var lik for hvert fag og var minst 24 timer. Ytterligere detaljer er gitt i teksten. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Denne studien forsøkte å undersøke effekten av kortsiktig motstandstrening hos eldre på muskeloksidativ kapasitet og glukosetoleranse. Det andre målet var å undersøke effekten på styrke, kraft og muskelkvalitativ forbedring ( dvs. proteiner involvert i cellesignal og sammensetning av muskelfibertyper).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Det regionale etikkutvalget i Stockholm, Sverige, godkjente utformingen av undersøkelsen.

1. Materiale

  1. Rekruttere relativt friske kvinner og menn 65-80 år som har BMI verdier mellom 20 og 30 kg · m -2 . Slå dem i to grupper. Sørg for at individer i begge grupper har relativt lave fysiske aktivitetsnivåer ( dvs. moderat daglig fysisk aktivitet og ingen vanlig trening).
  2. Utelukkende betablokkere og de med kronisk hjertesykdom og alvorlige nevrologiske eller felles problemer.
  3. Spør fagene etter skriftlig samtykke etter å ha informert dem om mulig ubehag og risiko i test- og treningsøktene.
  4. Balanse motstandstrening (RET) og kontroll uten trening (CON) grupper når det gjelder alder, kjønn og BMI. Be en gruppe å utføre RET under en trener i 1 time tre ganger i uken i åtte uker; Den andre gruppen vil tjene som kontrollLs (CON).

2. Testing og opplæring

Obs: De åtte øvelsene er standardstyrketreningsøvelser: sittende benpress, sittende magekrem, bakre brystpress, sittende ryggen, sittende skulderpress, sittende roing, sittende benforlengelse (knelettforlengelse) og tilbøyelig benkrølle ; Se figur 8 i Representative Results-delen.

  1. Under den første treningsøkten, vurder maksimal styrke ved en maksimal repetisjon (1 RM) for hver treningsøvelse.
    MERK: 1 RM-modellen er ofte brukt og er definert som lasten hvor motivet kan løfte eller skyve motstanden bare én gang, men ikke to ganger.
    1. Før starten må du spørre deltakerne om å utføre en kort oppvarming (med noen forsøk på svært lave vektbelastninger) av den testede treningen. Deretter øker lasten til like under den sannsynlige 1 RM-verdien (oftest maksimalt 3-4 økte loannonser). Registrer maksimal belastning som motivet kun kan utføre én gang (= 1 RM).
    2. Mål 1 RM i de åtte standardstyrketreningsøvelsene (se Figur 8 i Representative Results-delen). Be fagene å hvile i minst 2-3 minutter mellom hver testet øvelse.
      MERK: Styrketreningsutstyr ble brukt til alle treningsøvelser, inkludert testene for hver treningsøvelse.
  2. Be hele RET-gruppen til å utføre 1 time styrketrening tre ganger i uken i åtte uker. Be deltakerne å utføre, etter oppvarming, de åtte ovennevnte standard treningsøvelsene. De bør gjenta en øvelse 12 ganger i hvert sett og utføre tre sett av hver øvelse. Tillat hvile i 1 min mellom hvert sett og 2-3 min mellom hver øvelse.
    1. Be fagpersoner å utføre hver øvelse så fort som mulig under den konsentriske fasen ( dvs. muskelforkortningsfasen) og sakte underEksentrisk fase ( dvs. muskelforlengelsesfase).
      MERK: Emner kan gjøre øvelsene i hvilken som helst rekkefølge. Be dem imidlertid å begynne og slutte med en beinøvelse og også å prøve å utføre de åtte øvelsene i den presenterte rekkefølgen. Bruk styrketreningsutstyr for alle åtte øvelsene.
    2. I løpet av hver treningsøkt, spør deltakerne å utføre tre sett på 75-80% av 1 RM for hver øvelse. Øk belastningen med ca 5% økten etter når en deltaker kan gjøre 12 repetisjoner i alle tre settene med en øvelse.

3. Submaximal syklingstest

Merk: Utfør den submaximale syklustesten på testdag 1 (se Introduksjon og Figur 1 ).

  1. Utfør en syklus ergometer test, inkludert to submaximale nivåer, hver for 4 min 14 , 15 . Sett den første arbeidsfrekvensen til å være lav (30 W) og den andre på 60-120 W, uten pause mellom belastning på syklus ergometer.
    MERK: Den første belastningen er den samme for alle fag, men det andre og siste submaximale nivået skal være ca. 65-85% av maksimal hjertefrekvens for hvert fag. Begge belastningene bør være de samme før og etter intervensjonsperioden på 8 ukers trening.
    1. Baser det nest høyeste lastnivået på fortrolig test som er gjort før prøvene ved å spørre hvordan fysisk aktiv personen er og ved å ha motivet i utgangspunktet å sykle i en kort stund; Testlederen vil danne en mening basert på fagets hjertefrekvens om hvilken slutt submaximal belastning som passer.
    2. Legg inn gjennomsnittlig stabil hjertefrekvens (HR) ved hjelp av en hjertefrekvensmåler via et brystbelte i siste øyeblikk på lav og høy arbeidshastighet ved å ta gjennomsnittet av den observerte HR klokken 3:15, 3:30, 3:45 , Og 4:00 min på hver arbeidsfrekvens.
    3. Bruk en ergo-spirometrisk enhet for å fastslå sammensetningen av gass (O 2 og CO 2 dvs. CO 2 / O 2 ), og kvantifiser RER-middelverdiene i løpet av siste minutt (fra fire målinger hvert 15. s) ved begge arbeidsbelastningsbelastninger.

4. Knee Extensor Styrke: Statisk, Eksentrisk og Koncentrisk Peak Torque og Kraften for Force Development

Merk: Utfør knestyrke målinger på testdag 1 (se Introduksjon og Figur 1 ).

  1. Før opptakene, spør motivet å utføre oppvarming ved å sykle i 8-10 minutter på et syklus ergometer på submaximal nivå (dvs. ca. 65-85% av maksimal hjertefrekvens).
  2. Spør emnet å sitte på benken av et isokinetisk dynamometer. Fest motivets koffert med stropper over skuldre og hofter. Sikre straks fagets skaft til dynamometerakselen med to stropper: den ene under kneet og den ene er bare borteE ankelen. Juster kneleddets aksel med rotasjonscentrumet til dynamometerakselen.
  3. Når motivet er sikret, må du vurdere maksimal frivillig knestyrke som toppmoment, med motivet sittende i det isokinetiske dynamometeret. I utgangspunktet tillater faget å utføre flere forsøk for å bli kjent med knestyrkeutstyret (isokinetisk dynamometer).
  4. Be individet å utføre fire maksimale frivillige eksentriske og konsentriske knieforlengelser (vekselvis), med høyre ben med en konstant vinkelhastighet på 30 grader / s. Still inn bevegelsesområdet mellom 90 ° og 15 ° (rett ben = 0 °).
    1. I den eksentriske oppgaven, spør motivet om å motstå dynamometerakselen med maksimal innsats gjennom hele bevegelsen fra 15 ° til 90 ° knevinkel. I den konsentriske oppgaven, spør motivet å trykke på underbenet i dynamometerakselen i en knelettforlengelse, så hardt som mulig gjennom hele bevegelsesområdet.
  5. Tillat en 4-minutters hvile etter de dynamiske opptakene. Deretter vurderer det statiske maksimale frivillige sammentrekningsmomentet (MVC) fire ganger ved en 65 ° knevinkel. I hvert statisk forsøk spør fagene, som sitter i samme dynamometer, å sparke så raskt og hardt som de kan mot dynamometerakselen, som nå er fast (ved 65 °) og ikke kan flyttes.
  6. For dreiemoment (styrke) signaler, konverter analoge dreiemoment signaler til digital ved hjelp av en analog-til-digital omformer boks koblet til isokinetisk dynamometer.
    MERK: Omformeren endrer automatisk de analoge signalene fra dynamometeret til digitale signaler, som deretter automatisk eksporteres til datamaskinen der dataene samles inn.
    1. Still prøvefrekvensen på 5 kHz i programvareanalyseprogrammet på datamaskinen. Lagre de digitale signalene på datamaskinen for en etterfølgende styringsverdianalyse med programvareanalyseprogrammet.
  7. I den etterfølgende analysen, brukDen høyeste verdien oppnådd fra fire forsøk for hvert emne i eksentriske, konsentriske og statiske målinger. I programvaren klikker du på den høyeste verdien av de fire forsøkene og skriver ned styrkeverdien som vises på skjermen.
    1. Registrer høyeste toppmomentet i det eksentriske og i de konsentriske opptakene for hvert emne og den høyeste styrkeverdien blant de fire statiske prøvene.
      MERK: Isokinetisk dynamometerprøving av kneutstrekningsstyrke i en sittende stilling har riktig pålitelighet og gyldighet 16 , 17 .
  8. Mål hastigheten på kraft (dreiemoment) utvikling i løpet av 0-30 ms og 0-200 ms i den høyeste verdien som er funnet blant de statiske prøvene. Angi verdien av null på 7,5-Nm-nivået for inngrep av sammentrekning for knelengderstyrke (tid: 0 ms) 18 , 19 . Flytt markøren (i programvaren for muskelStyrkeanalyse) til "7,5 Nm" -verdien på y-skalaen for å oppnå posisjonen for 0 ms.
    1. For forhåndstestevalueringen, sett markøren på 30-ms-verdien (etter tiden 0 ms). Skriv ned verdien som viser økningen i Nm ved 30 ms ( dvs. økningen i Nm fra 7,5 Nm = 0 ms). Gjør samme prosedyre for posttestverdien.
    2. Beregn økningen i prosent for post-test Nm-verdien (teller) i forhold til pre-test Nm-verdien (nevner) over perioden 0-30 ms. Dermed presenterer RFD-økningen i prosent fra forprøven til etterprøven. Gjør de samme analysene for tidsintervallet 0-200 ms.

5. Muskelbiopsi

Merk: Utfør en muskelbiopsi på testdag 2 (se Introduksjon og Figur 1 ).

  1. Ta en muskelbiopsi fra den midtre delen av lårmuskel- vastus lateralis ved hjelp av en konchotom 20 .
    1. Før biopsi, injiser 1-2 ml lokalbedøvelse subkutant og inn i fascia. Etter et par minutter, ta et snitt med en liten skalpell gjennom huden og fasciaen, omtrent 1/3 av avstanden fra patella til den fremre overlegne iliac ryggraden. Ekstraher ca 100-150 mg muskelvev ved hjelp av konchotomet.
  2. Frys prøver for histokjemi i isopentan avkjølt til sin frysepunkt i flytende nitrogen og lagre det ved -80 ° C. Oppbevar et utvalg av 30-50 mg muskelvev.
  3. Frys prøver nøye for proteinanalyse i flytende nitrogen og lagre dem ved -80 ° C. Oppbevar et utvalg av 30-50 mg muskelvev.

6. OGTT

Merk: Utfør OGTT (oral glukosetoleranse test) på testdag 3 (se Introduksjon og Figur 1 ). Tiden mellom øvelsen og OGTT må overstige 48 timer og bør være lik mellom før og etter-UNDERSØKELSER. En 2-h oral OGTT brukes til å undersøke om hyppige blodprøver i løpet av denne tiden viser normale eller økte nivåer, noe som indikerer diabetes eller prediabetes.

  1. Utfør OGTT-testen om morgenen på emner som har fastet over natten, og har ikke gjort noen anstrengende øvelser på testdagen eller dagen før.
  2. Ta blodprøver (4 ml) fra bakre deltakere via en venøs kanyle i antecubitalvenen 15 minutter før og like før glukoseinntaket, etterfulgt av 15, 30, 60, 90 og 120 minutter etter inntak av glukose ( 75 g glukose i en 250 g / l oppløsning).
  3. Sentrifuger blodprøver ved 1500 xg og 4 ° C i 10 minutter og oppbevar plasmaet ved -20 ° C for fremtidig analyse. Bruk prøvene til å utføre standard glukose nivå tester (trinn 7).
  4. For glukose, insulin og c-peptid beregner du området under kurven (AUC) ved å bestemme tidsintegrasjonen av glukose over basal glukosenivå. Bruk OGTT-resultateneFor å beregne insulinfølsomhet for hele kroppen ved å bruke Matsuda-metoden 21 , i henhold til ligningen: 10 000 * √ [(Glukosebasal * Insulinbasal) * (Glukosemessig * Insulinmiddel).

7. Blodprøveanalyse

  1. Kvantifiser glukosekonsentrasjonen i venøs plasma med en automatisert analysator. Angi nedsatt glukosetoleranse ved blodsukkerverdier> 7,8 mmol / l etter en 2-h OGTT 22 .
  2. Bruk ELISA-sett 22 til å utføre plasmaanalyser av insulin og c-peptid. Bruk en tallerkenleser. Sett ELISA-platene for både insulin og c-peptid i en tallerkenleser (hver ved en separat anledning).
    MERK: Platen leseren måler mengden insulin og mengden c-peptid ved å måle prøvene på platen ved visse absorbanser. Blodlipider TG, HDL, apolipoprotein A1 og apolipoprotein B ble analysert ved standardmetoder vedKarolinska universitetssykehuset, Stockholm, Sverige.

8. Analyse av muskelprøver

  1. immunoblotting
    1. Først fryse-tørk muskelprøven i en lyofilisator ved et trykk under 10 -1 mbar i 12 timer. Dissect det slik at det er fri for blod og bindevev med en nål og tau under et lysmikroskop. Oppbevar den ved -80 ° C.
      MERK: En passende mengde muskel er mellom 1 og 5 mg tørrvekt, men protokollen kan justeres til mindre enn 1 mg helt til enkelfibre. På grunn av den lave mengden muskelvev som er tilstede i en biopsi, ble verdier fra den RET-deltakeren ikke brukt til immunoblotting.
    2. Homogeniser muskelprøver Med en mini-beadbeater i iskald buffer (80 μl / mg) bestående av 2 mM 4- (2-hydroksyetyl) -1-piperazinetansulfonsyre (HEPES), 1 mM etylendiamintetraeddiksyre (EDTA), 5 mM etylenglykol-bis (P-aminoetyleter) -N, N, N ', N'-tetraacetSyre (EGTA), 10 mM MgCl2, 50 mM ß-glycerofosfat, 1% TritonX-100, 1 mM Na3VO4, 2 mM ditiotreitol, 20 μg / ml leupeptin, 50 μg / ml aprotinin, 1% fosfataseinhibitor Cocktail og 40 μg / μl PMSF (fenylmetylsulfonylfluorid).
      1. Legg en scoop med 0,5 mm zirkoniumoksidperler i hvert rør med muskelen. Tilsett buffer og homogeniser i 2 x 1 min ved hastighet trinn 7-8 (her er maksimumet 10) og 4 ° C.
    3. Sentrifuger homogenatet i 10 minutter ved 10.000 x g. Overfør den gjenværende supernatanten til nye rør og kast pelleten som inneholder strukturproteiner.
    4. Spektrofotometrisk bestemme proteinkonsentrasjonen i supernatanten med et kommersielt tilgjengelig sett ved bruk av en plateleser ved 660 nm 23 .
      1. Derefter fortynnes prøvene med 2x Laemmli prøvebuffer og homogeniseringsbuffer (1: 1) til en endelig proteinkonsentrasjon på 1,5 ug /# 181; l. Varm dem til 95 ° C i 5 minutter for å deature proteiner. Oppbevar de fortynnede prøvene ved -20 ° C før analysen.
    5. For Native-polyakrylamidgelelektroforese (PAGE), legg 30 μg protein fra hver prøve inn i 18-brønn forgassgradientgeler (4-20% akrylamid) og utfør elektroforese ved 300 V i 30 minutter på is.
    6. Equilibrere gelen i overføringsbuffer (25 mM Tris base, 192 mM glycin og 10% metanol) 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 å bekrefte lik belastning og overføring, flekk membranene med en total protein flekk 24 . For hvert målprotein, last inn alle prøver fra hvert individ på samme gel og kjør alle geler samtidig.
    8. Blokker membranen i 1 time ved romtemperatur i Tris-bufret saltvann (20 mM Tris-base, 192 mM NaCl; TBS; pH 7,6) som inneholder5% ikke-feit melk.
    9. Inkuber membranene over natten med primære antistoffer (se Materialelisten) fortynnet i TBS som inneholder 2,5% ikke-feit melk og suppleres med 0,1% Tween-20 (TBS-TM).
    10. Etter primær antistoffinkubering, vask membranene (2 x 1 min pluss 3 x 5 min) med TBS-TM og inkuber med sekundære antistoffer (se Materialelisten) konjugert med pepperrotperoksidase i 1 time ved romtemperatur. Vask igjen med TBS-TM (2 x 1 min og 3 x 10 min) og igjen utsatt dem for ytterligere 5 min. Vask med TBS.
    11. Påfør 6-12 ml kjemiluminescerende substrat til membranen i 5 minutter. Plasser membranen mellom to gjennomsiktige plastplater. Plasser membranene foran et CCD-kamera som blokkerer eksternt lys. Ta seriell eksponering ved hjelp av et kjemiluminescerende kamerafilter.
      1. Bruk programvaren til å skaffe 10 eksponeringer i 2 minutter, eller til signalene er mettede. Bruk et standardoppsett, både for det optiske filterinnstillingene tO skaffe kjemiluminescens, så vel som for linsens innstillinger.
    12. Bruk den høyeste eksponeringen som ikke fører til metning og merk konturene til bandet. Kvantifiser båndene som intensiteten x mm 2 ved hjelp av samme programvare. Trekk bakgrunnsstøy fra båndintensiteten. Presentere resultatene i forhold til den totale proteinflekken og uttrykk den som prosentendringen i forhold til basislinjen.
  2. histokjemi
    MERK: Histokjemiteknikken nedenfor er basert på metoder beskrevet i en tidligere publikasjon 25 .
    1. For histokjemi, kutt serielle tverrsnitt (10 μm) ved -20 ° C ved hjelp av en kryostat. Monter tverrsnittene på glassglassene som er lagret i en glasskuvette og lufttørk biopsi-skiver ved romtemperatur.
    2. Forbered bufferløsninger for hvert pH-nivå for preinkubering ved pH 4,3, 4,6 og 10,3 for ATPase-farging 26 . For å visualisere kapillærer, staI tverrsnittene ved bruk av amylase-PAS-metoden 27 .
    3. Kalibrere en pH-meter ved å hælde kalibreringsløsninger i merkede kalibreringsbjelker. Trykk på riktig knapp for å velge pH fra hovedmenyen.
      1. Skyll sonden med avionisert vann og plasser sonden i det første kalibreringsbeholderen. Pass på at det ikke er luftbobler i membranen. Mål den første kalibreringsløsningen og presenter deretter den neste kalibreringsløsningen (displayet vil be om neste løsning).
      2. Skyll sonden med deionisert vann og legg det deretter i det andre kalibreringsbeholderen. Pass på at det ikke er luftbobler i membranen. Mål en annen kalibreringsløsning og fortsett til neste kalibreringsløsning.
      3. Skyll sonden med deionisert vann og plasser det i et tredje kalibreringsbeker. Pass på at det ikke er luftbobler i membranen. Mål den tredje kalibreringsløsningen.
        MERK: Når kalibreringen erBra, displayet vil kort vise, " 3. buffert OK" og vil da gå tilbake til hovedmenyen.
    4. Bruk bufferne som følger for ATPase-farging.
      1. For å fremstille en løsning ved pH 10,3, bruk to forskjellige løsninger: (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 Av dH 2 O. Oppbevar løsningene i et kaldrom eller kjøleskap. Bruk dem innen en måned.
      2. For å fremstille løsninger ved pH 4,3 og 4,6, utfør "sur preinkubasjon". Forbered syren til preinkubasjon ved bruk av: 6,47 g Na-acetat, 3,7 g KCl og 500 ml dH20. Deretter lagrer man 1% CaCl2-oppløsning ved å oppløse 2,5 g av det i 250 ml dH20. Forbered 2 % CoCl 2 oppløsning ved å oppløse 5 g av det i 250 ml dH20.
      3. Oppbevar og bruk disse løsningene som nevnt ovenfor. Til slutt lag 0,2% ammoniumsulfid medBlande 800 μl 20% (NH4) 2S til 40 ml dH20. Forbered sistnevnte ferskt.
    5. Klargjør løsninger ved visse pH-verdier som følger. Etter kalibrering av pH-meter, fjern kuvetter og kalsium og koboltklorider fra kjøleskapet og la dem varme opp til romtemperatur før farging.
      1. Til pH 10,3 , tilsett ca. 25 ml løsning A til et lite glass (ca. 70 ml). Mål pH. Fortsett å tilsette løsning B til ønsket pH på 10,37 er nådd. Hvis fargingen er for mørk, øk pH. Hvis det er for lyst, må du redusere pH.
      2. Til pH 4,6 , tilsett ca. 25 ml "syreforinkubasjon" til et lite glassbeker. Mål pH. Reduser pH med 5 M eddiksyre . Hvis bildet av flekken er for mørkt, prøv å lette med økt pH. Hvis det er for lyst, mørk med nedsatt pH. Hvis flekker ikke hjelper, prøv en annen pH: 4.8 instEad på 4,6.
      3. For pH 4,3 , gjør det samme som for 4,6, men legg til mer eddiksyre. Reduser pH hvis flekken er for lys og øk pH hvis den er for mørk for at fibrene skal spesifiseres.
      4. Forbered ATP-oppløsningen som følger. Veier 0,017 g ATP per kuvette (10 ml), så 0,051 g per 3 kuvetter eller 0,068 g for 4 kuvetter. Ta 30 ml (for 3 kuvetter, 10 ml / kuvette) av oppløsning ved pH 10,3 (bruk et sylindermålingsglass) og sett det i et glassbeker med veid ATP.
        1. Bland grundig og måle pH. Reduser pH ved bruk av konsentrert HCl til pH når nøyaktig 9,40.
      5. For inkubering ved forskjellige pH-verdier, gjør følgende. Plasser 10,3-oppløsningen i en kuvette og inkuber den i et vannbad ved 37 ° C i 9 minutter. Plasser 4.3 oppløsning i en annen kuvette og inkuber den ved romtemperatur i 5 minutter. Plasser 4,6-oppløsningen i den siste kyvetten og inkuber ved RT i 1 min.
      6. Etter den foretrukne pHInkubasjonsprosedyre, bruk innholdet av hver kuvette som følger. Vask 15 ganger med dH20. Tilsett ATP-oppløsning (0,170 g ATP / 100 ml H20) til biopsiprøven. Inkuber i et vannbad ved 37 ° C i 30 minutter. Vask 15 ganger med dH 2 O.
      7. Tilsett CaCl2-oppløsning (1 g CaCl2 / 100 ml H20) til biopsiprøven i kuvetter. Inkuber ved RT i 3 minutter. Vask 15 ganger med dH20. Tilsett CoCl 2- oppløsning (2 g CoCl 2/100 ml H 2 O) til biopsiprøven i kuvetter. Inkuber ved RT i 3 minutter. Vask 15 ganger med dH 2 O.
      8. Sett den i (NH 4 ) 2 S løsning i 30 s og vask raskt 15 ganger under avtrekksdekselet. Lim biopsi skiver på lysbilde glass. For å unngå bobler, klem biopsiene, men ikke for hardt.
    6. Velg en region i tverrsnittet uten gjenstander eller langsgående kutt av fiberen. Analyser under en liGht mikroskop ved hjelp av programvare.
    7. Vurder tverrsnittsarealet (CSA), kapillærene og klassifiseringen av fibertype ( dvs. type-I, IIA eller IIX) via datamaskinbildeanalyse fra et gjennomsnitt på minst 150-200 fibre per biopsi. Fra et mikroskopbilde av muskelfibre i tverrsnittene, sørg for at de tre typene muskelfibre ( dvs. type-I, IIA og IIX) har forskjellige nyanser av hvitt til grått til svart, avhengig av pH-fargingen ( dvs. 4,34, 4,65 og 10,37).
    8. Start med å markere noen type I-fibre. Deretter registrerer programmet automatisk de andre type-I-fiberene. Kontroller at alle type I-fibre er merket riktig. For å markere en bestemt fiber, klikk på "Vector" -knappen. Bruk markøren til å måle området for hver enkelt valgt muskel fiber.
    9. Etter analysen av type I-fibre, fortsett samme fremgangsmåte for type IIA og type IIX. Gjennomsnittet ± SEM for hver type muskel fiber ( dvs. type I, IIA og IIX) bør beregnes angående mengden fiber og CSA for RET og CON-gruppene.
      Merk: Tverrsnittsarealet (CSA), kapillærene og klassifiseringen av fibertype ( dvs. type I, IIA og IIx) ble vurdert fra et gjennomsnitt på 163 ± 9 fibre per biopsi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Materiale

I studien deltok 21 relativt friske kvinner og menn, 65-80 år og med BMI-verdier mellom 20 og 30 kg · m -2 og ble randomisert til to grupper. Personer i begge gruppene hadde relativt lave fysiske aktivitetsnivåer ( dvs. et moderat hverdagslig fysisk aktivitet og ingen vanlig trening). En gruppe (n = 12, 6 kvinner og 6 menn) utførte RET under en trener i 1 time tre ganger i uken i åtte uker, og den andre gruppen fungerte som kontroller (n = 10, 5 kvinner og 5 menn). RET- og CON-gruppene ble balansert i forhold til alder, kjønn og BMI ( tabell 1 ). Flere fag ble rekruttert til RET-gruppen for å gjøre opp for utfall; Mer var forventet i RET-gruppen over CON-gruppen.

</ Td> RET (n = 12) CON (n = 9)
pre Post pre Post
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
Vekt (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-tverrsnitt erA (cm²) 188,9 ± 9 200 ± 8 *** † 155 ± 12 154 ± 11
Fiber-tverrsnittsareal (cm²) Type I 5452 ± 393 5567 ± 362 4889 ± 323 4807 ± 354
Type IIa 4230 ± 610 # 4484 ± 434 # 4114 ± 535 # 3971 ± 494 #
Skriv Iix 3678 ± 634 # 3554 ± 552 # 3392 ± 889 # 2913 ± 427 #

Tabell 1: Deltakernes egenskaper. RET, motstandstreningstrening; CON, kontroll; BMI, kroppsmasse index; FFM, fettfri masse. Verdiene er fra 12 (RET) og 9 (CON) fag, med unntak av fiber-tverrsnittsareal (RET, n = 10; CON, n = 7), og presenteres som gjennomsnittet ± SEM. **, p <0,01 versus pre; ***, p <0,001 sammenlignet med pre; †, p <0,05 versus CON post; †††, p <0.001 versus CON post; #, P <0,05 versus type I. Denne tabellen er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28

Beta-blokkere og de med kronisk hjertesykdom og alvorlige nevrologiske eller felles problemer ble utelukket. I utgangspunktet hadde enkelte fag: høyt blodtrykk (2 i hver gruppe); Depresjon (1 i hver gruppe); Og medisiner for dyslipidemi (2 i RET og 1 i CON), hypothyreose (1 i RET), et tidlig stadium av Parkinsons sykdom (RET). Medisinering ble tatt sporadisk for astma (1 i RET) og reumatiske problemer (1 i CON). En person hadde en pacemakeR (CON).

Ett RET-fag avbrutt trening etter 6 uker på grunn av ryggsmerter, men ble fortsatt inkludert i studien. Et innledende CON-emne ble utelukket på grunn av knelproblemer under forprøvningen av styrke. De med astma og pacemakeren ble ekskludert fra syklusprøven.

Fagene ga sitt skriftlige samtykke etter å ha blitt informert om mulig ubehag og risiko i test- og treningsøktene.

Data presenteres som middel ± SEM. Forskjeller mellom RET og CON ble testet for statistisk signifikans med toveis gjentatte tiltak ANOVA ved hjelp av et statistisk program. Når signifikante hovedeffekter eller interaksjoner ble vist, ble forskjeller lokalisert med post-hoc analyser (Fisher LSD). Statistisk signifikans ble akseptert ved p <0,05.

figur 2A ). Dynamometeret viste også hastigheten på kraftutvikling (RFD), med en økning på 52% (ved innledende 0-30 ms) for RET-gruppen ( Figur 2B ). For CON-gruppen ble konsentrisk styrke redusert i intervensjonsperioden. Treningsbelastningen for RET forbedret med 19-72% for opplæringsøvelsene.

Figur 2
Figur 2: Styrke måle resultater. Effekten av resistens exOpplæringstrening (RET) eller kontrollperiode (CON) på ( A ) statisk (STAT), eksentrisk (ECC) og konsentrisk (CONC) dreiemoment og ( B ) hastighet for kraftutvikling (RFD) i løpet av 0-30 ms og 0- 200 ms statisk knelettforlengelse. Verdiene er fra 12 (RET) og 9 (CON) fag og presenteres som prosentendring i forhold til basale verdier (middel ± SEM). *, P <0,05 versus pre; **, p <0,01 versus pre; ***, p <0,001 sammenlignet med pre. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Fra muskelbiopsiprøverene viste histokjemi at mengden fiber type IIa økte, og det var en trend til en reduksjon i IIx for RET-gruppen. Dermed viste RET-gruppen en endring til aMer oksidativ profil i form av fibersammensetning ( figur 3 ). Merk at pålitelige tverrsnitt ikke kunne hentes fra biopsiene av fire fag (to fra hver gruppe), og resultatene fra disse fagene ble utelukket.

Figur 3
Figur 3: Resultat av muskelfibertype. Effekten av motstandstreningstrening ( A , RET) eller kontrollperiode ( B , CON). Verdiene er fra 10 (RET) og 7 (CON) fag og presenteres som gjennomsnittet ± SEM. (*), P = 0,068 versus pre; **, p <0,01 versus pre; †, p <0,05 mot CON post. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vennligst cliCk her for å se en større versjon av denne figuren.

Videre viste western blot-analyser for å bestemme proteininnhold relatert til signalering av muskelproteinsyntese en økning på 69% for både Akt og mTOR (pattedyrsmål for rapamycin) blant RET-gruppen ( Figur 4A og Figur 5 ). Western blot-analyser viste også blant mitokondriale proteiner en økning på ca. 30% for både OXPHOS-kompleks II og citratsyntase og 90% for kompleks IV i RET-gruppen ( Figur 4B og Figur 5 ). De primære antistoffene som ble brukt var mTOR, Akt og OXPHOS. Anti-kanin eller anti-mus HRP ble brukt som sekundær antistoff. Proteinbåndene for OXPHOS-kompleks I var ikke tydelig synlige, og disse dataene ble kassert.

Figur 4 Figur 4: Muskelproteinresultater. Effekten av motstandstreningstrening (RET) eller en kontrollperiode (CON) ved endringer i muskelinnholdet av Akt og mTOR-proteiner ( A ) og mitokondriale proteiner ( B ). Akt, proteinkinase B; MTOR, pattedyrsmål for rapamycin; CS, citratsyntase. Verdier er middelene ± SEM fra 11 (RET) og 9 (CON) fag. *, P <0,05; **, p <0,01; ***, p <0,001 i forhold til basal. †, p <0,05; ††, p <0,01; †††, p <0,001 mot CON post. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 5 = "/ Files / ftp_upload / 55518 / 55518fig5.jpg" />
Figur 5: Western blotbilder. Målt muskelprotein før og etter åtte ukers intervensjon. Representative bilder fra ett fag i henholdsvis RET og CON-gruppene. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Bare RET-gruppen viste økt aerob kapasitet i syklusprøven (etter versus forprøve). Ved den høyeste submaximale intensiteten viste hjertefrekvensen (HR) en sterk trend å synke i RET og øke i CON-gruppen ( Figur 6A ). I tillegg ble RER (respiratorisk utvekslingsforhold = CO 2 / O 2 ) signifikant redusert for RET-gruppen bare (Lass = "xfig"> Figur 6B).

Figur 6
Figur 6: Kardio respiratoriske data. Treningstrening før og etter motstand (RET) eller kontrollperiode (CON). ( A ) HR, hjertefrekvens og ( B ) RER, respiratorisk utvekslingsforhold under lav-(30 W) og høy (60-120 W) intensitet steady state sykling. Verdiene er fra 11 (RET) og 8 (CON) fag (to fag ble ekskludert på grunn av astma og bruk av en pacemaker) og presenteres som gjennomsnittet ± SEM. (*) P = 0,056 (RET) og p = 0,068 (CON) versus pre; * P <0,05 versus pre. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

RET-gruppens resultater fra glukosetoleranse testen viste forbedret blodglukose, både i blodverdier etter 2 timer (14%) og for området under Kurve (21%, figur 7A ).

Figur 7
Figur 7: Plasmaglukose under OGTT. Testen ble utført før- (●) og etter- (○) motstandstreningstrening (RET, A ) eller en kontrollperiode (CON, B ). AUC glukose , areal under kurven for plasmaglukose. Verdiene er fra 12 (RET) og 9 (CON) fag og presenteres som gjennomsnittlig (plasmaglukose) og gjennomsnittlig ± SEM (AUC glukose) . * P <0,05 versus pre. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28Rce.jove.com/files/ftp_upload/55518/55518fig7large.jpg "target =" _ blank "> Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Blodlipidprofilen ble forbedret for RET-gruppen, med en reduksjon i apolipoprotein B (8%). For CON ble det funnet en økning (10%). Videre økte den fettfrie massen (FFM) med 3% og lårtverrsnittet (CSA) med 7% for RET-gruppen ( Tabell 1 ). De vurderte forbedringene som ses etter den korte perioden med progressiv styrketrening i mitokondriell funksjon, aerob kapasitet, glukosetoleranse, muskelstyrke og kraft er svært ønskelige helseeffekter hos eldre.

De åtte styrketreningsøvelsene er vist i figur 8 . Hver treningsoppgave ble utført 12 ganger i hver av tre sett i hver treningsøkt 3 ganger i uken i åtte uker.


Figur 8: De åtte treningsøvelsene. Øvelsene ble utført på 75-80% av 1 RM, 12 ganger / sett, med tre sett / trenings- og treningsøkt. Øvelsene var: "benpress" og "magekremer" ( A ), "brystpress" og "bakre forlengelser" ( B ), "skulderpress" og "sittende roing" ( C ) og "benforlengelser" og " Benkrøller "( D ). Utvalget av bevegelser i styrketreningsøvelsene er vist her. I den sitte bukekremmen bør stammen flyttes fra oppreist stilling til 60 ° fremover trunkfleksjon. I sittende bakre forlengelse flyttes bagasjerommet, fra en nesten oppreist sitteposisjon, bakover til en horisontal liggende bagasjeromstilling. Både de sittende øvelsene, benpressene og benet extensioNs, ble utført ved å begynne med beina i 90 ° av knæbøyning og sluttet like før beina ble rettet (nær 0 ° i knærne). Benkrøller (i utsatt stilling) der det gjøres fra nesten rettede ben til ca. 100 ° av knæbøyning. Både sitteøvelsene, brystpressen og skulderpressen ble utført fra 90 ° albuebøyning til like før armene ble rettet (nær 0 °). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne studien har en rekke teknikker blitt brukt til å undersøke effekten av kortvarig progressiv resistens trening på eldre pasients muskelfunksjon / morfologi, aerob kapasitet og glukosetoleranse. Hovedfunnet var at i sammenligning med en kontrollgruppe, oppsto mange forbedringer i muskel aerob kapasitet, glukosetoleranse, styrke, kraft og muskelkvalitet ( dvs. protein involvert i cellesignal og muskelfiberkomposisjon). En økning ble for eksempel sett for: statisk, eksentrisk og konsentrisk maksimal kneforlengningsstyrke (8-12%); Treningsbelastningen (19-72%), maksimal kraftutvikling (RFD) ved innledende 0-30 ms (52%); Flere mitokondriale proteiner (30-90%); Proteiner Akt og mTor, involvert i muskelproteinsyntese (begge 69%).

Eldre mennesker kan ha problemer med vedvarende helse i et slikt prosjekt. Man må være oppmerksom på risikoen for ulike skader på grunn av testiNg og trening blant uutdannede eldre. En person i RET-gruppen ved slutten av treningsperioden hadde et tilbakefall av tidligere tilbakeproblemer. Imidlertid var det ingen skade eller ubehag som oppstod under treningsprosjektet i lengre tid etter utgangen av undersøkelsen blant de gamle deltakerne. Modifikasjoner kan noen ganger gjøres om når, hvor mye og hvor intensivt treningen skal gjøres. Når det gjelder styrketreningsregimet, er det foretrukket at treneren registrerer belastningen oppnådd for hver treningsøvelse og emne ved hver treningsøkt, slik at en riktig progresjon kan følges gjennom hele perioden. Under styrkemålingen med isokinetisk dynamometer er det viktig å unngå feil i måleprosedyren, slik at eldre personer ikke savner sin maksimale ytelse under sine forsøk. Av denne grunn er det viktig å ha oppvarming. Bruk 8-10 min ergometer sykling på submaximale nivåer før styrkemålingenS, etterfulgt av første forsøk som en kjent prosedyre i dynamometeret for knestyrkeinnspillinger. Videre er det en god ide å utføre fire opptak under opptakene av hver type muskelstyrke sammentrekning; Høyeste verdi funnet kan velges. Det er også av stor verdi å undersøke modifikasjonen av styrkeevaluering i forhold til hastighet når man oppnår testparameteren. Spesielt økt kraft er en viktig faktor for økt helse blant eldre mennesker. Når det gjelder biopsi, blir fagpersonene fortalt å unngå aspirin eller andre antikoagulasjonsmidler før og etter biopsien. Når det gjelder bestemmelse av muskelfiberareal i dupliserte biopsier fra samme ben for type I, type 2A og type 2B, er de rapporterte feilene ca 10, 15 og 15% henholdsvis 29 . Dette må vurderes når man evaluerer slik analyse fra en muskelbiopsi.

Begrensningene inkluderer bekymringer angående vestlige bmye; Metoden gir ingen informasjon om protein lokalisering og er svært avhengig av spesifisitet og kvalitet av antistoffet (et hovedproblem). Flertrinnsanalysen øker risikoen for feil og forverrer feilsøking. Det er imidlertid flere fordeler med Western blotting: det er relativt billig og rask; Det gir en høy datautgang i forhold til mengden vev som kreves; Man får informasjon om proteinuttrykk og proteinstørrelse; Og til slutt er variasjonskoeffisienten generelt mindre enn 5%. Styrketreningstiden var bare åtte uker, og det har ikke blitt gjort oppfølgingsforanstaltninger med disse eldre. Glukosetoleranse-testene basert på drikkeglukoseoppløsninger (OGTT) anses ikke som passende som når glukose injiseres direkte inn i blodet. Metoden som brukes med OGTT er imidlertid billigere, enklere å administrere, og brukes mye i klinikken. Når det gjelder styrke tiltak med isokinetisk dynamometer, Bare muskler som bidrar til kneutdragningsstyrke ble studert, og ikke de andre store kroppsmuskulaturgruppene.

I tillegg til forbedret styrke forbedret motstandstrening også glukosetoleranse og oksidativ kapasitet i muskler. Det var store økninger i treningsbelastningen for hver øvelse som ble utført (19-72%), noe som viste at motstandstrening gir betydelige forbedringer i total styrke. Målinger med et isokinetisk dynamometer ga mer detaljert informasjon om kneutvidelsesfunksjonen. Momentet under statisk, eksentrisk og konsentrisk sammentrekning økte med 8-12%. Videre resulterte motstandstrening i en stor økning (52%) i kraftutviklingshastigheten i den innledende fasen av sammentrekning (0-30 ms), mens den var uendret mellom 0-200 ms. Opplæringsprotokollen ble godt tolerert, og i motsetning til våre forventninger var det ingen frafall i RET-gruppen.

Motstandstrening resultatD i hypertrofi, målt som økninger i FFM, låromkrets og lårtverrsnittsområde. CSA av de forskjellige muskelfibertyper ble ikke endret vesentlig etter RET, men det var et skifte i fibertype sammensetning fra type IIx til type IIa. Siden type IIa-fibre er større enn type IIx-fibre, bidro dette til økt muskelmasse. I RET-gruppen indikerer dette at proteinsyntesen ble forbedret. Den underliggende molekylære signalveien for proteinsyntese involverer aktiveringen av Akt og mTOR. Eldre mennesker har mindre mTOR-protein i muskel 30 , noe som kan begrense proteinsyntese. Et interessant nytt funnet er de økte proteinnivåene av mTOR og Akt i RET-gruppen. Den observerte økningen i mTOR her kan motvirke eventuell anabole motstand og bidra til økt proteinsyntese.

VO 2max eller, mer korrekt, VO 2peak , blir ofte vurdert som den maksimale VO 2 målt under en test hvor arbeidsraten økes trinnvis til utmattelse. Imidlertid er det problematisk å bruke uttømmende øvelser i eldre, svake fag. Et problem er at det ikke er uvanlig at eldre har latent hjerte-og karsykdom som under en uttømmende øvelsesprøve fører til økt risiko for hjerteinfarkt. Et annet, mer teknisk problem er at redusert muskelstyrke i stedet for en kardiorespiratorisk begrensning kan begrense arbeidsfrekvensen under inkrementell trening. Tolkning av data vil under disse forholdene bli mer komplisert. En alternativ metode, som brukes i denne studien, er å måle HR og RER ved en fast arbeidsrate før og etter inngrep. Resultatene viste at HR hadde en tendens til å synke i RET men økning i CON-gruppen. Dette tyder på at styrketrening forbedrer VO 2max og utholdenhetstreningskapasitet. Disse funnene samsvarer med resultatene i noen 9 ,"Xref"> 31, men ikke alle 32 , tidligere studier. Videre viser flere funn i denne studien at muskel aerob kapasitet forbedres ( dvs. med endringer i en sammensetning av mer oksidativ fibertype og økning i en rekke mitokondriale proteiner). Selv om det er velkjent at utholdenhetstrening forbedrer muskel aerob kapasitet hos eldre, gir studier av styrketrening en mer motstridende visning 8 , 9 , 10 , 33 . Forskjeller i opplæringsstatus og treningsprogrammer kan forklare det ulike utfallet i ulike studier. De nåværende resultatene viser en robust økning i flere mitokondriale proteiner etter bare åtte ukers trening (tidligere intervensjonsperioder var> 12 uker) viser at motstandstrening kan være en effektiv strategi for å forbedre muskeloksidativ kapasitet.

Til tross for den korte inngripen ble det observert forbedret glukosetoleranse i RET-gruppen, som vist ved reduksjonen i AUC- glukose og GLU 120 min . Selv om fedme og fysisk inaktivitet er faktorer forbundet med økt risiko for insulinresistens og type 2 diabetes, forblir molekylære mekanismer uklare. Den endrede kroppssammensetningen med økt muskelmasse vil trolig bidra til den forbedrede glukosetoleransen i RET-gruppen. Videre er det blitt hypothesized at insulinresistens er knyttet til en stillesittende livsstil, med overflødig lipidtilførsel som fører til lipotoksisitet, mitokondriell dysfunksjon og oksidativt stress 3 . Den foreliggende studien viser at motstandstrening resulterer i en robust økning i mitokondriale oksidative proteiner. Vi antar at økt muskeloksydkapasitet er en faktor som forklarer den økte glukosetoleransen.

Undersøkelser med lengre oppfølging er desirI stand til å vise om og hvor lenge helsepåvirkningen vedvarer i forhold til forbedret muskel aerob kapasitet, styrke, kraft, glukose og lipid verdier. Det er også viktig å fastslå tilstrekkelig dose regelmessig styrketrening blant eldre. Fremtidige bruksområder er også styrkemålinger i større muskelgrupper, unntatt knieforlengere. Man kan også lage flere andre detaljerte analyser i muskelcellene angående ulike proteiner og funksjoner innen og uten mitokondriene.

Det er viktig å ha en dag mellom hver testdag uten sterk eller langvarig fysisk aktivitet, samme dag eller dagen før testene, da dette kan påvirke utfallet av vurderingene. Eksempler på kritiske skritt angående histokjemi og ATPase-farging for fibertype-sammensetning inkluderer å sikre at stykket fra biopsien blir behandlet med isopentan kort tid etter at biopsien er tatt, og at isopentanen er på rettT temperatur slik at biopsien ikke vil bli ødelagt. Videre må biopsi-delen være "strukket eller installert", slik at fibrene peker i samme retning før behandling med isopentan. Under farging må laboratoriets pH og temperatur være optimal (og dette er vanskelig å forutsi). Dette er imidlertid den eneste måten å sikre fibertyper og fiberareal på. I tillegg er metoden rask, viser resultater innen to dager, og teknikken er relativt billig, uten kostbare kjemikalier eller enheter som trengs.

Den tydelige forbedringen i muskel aerob kapasitet etter styrketrening utfordrer visningen om utholdenhetstrening er den foretrukne treningsmåten. Men hos eldre med lav VO 2max og muskelstyrke må utholdenhetstrening utføres med lav intensitet. En av de viktigste stimuliene til mitokondriell biogenese er muskel-energisk stress 34 . Styrketrening induCes en stor lokal energisk stress, mens dette er mindre fremtredende under lav intensitet utholdenhet trening. Vi forutser at eldre mennesker er sterkere trening mer effektivt enn utholdenhetstrening for å forbedre muskel aerob kapasitet. Videre vurderes forbedringene i en rekke helsemessige parametere og høy compliance, styrketrening for eldre mennesker.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer at de ikke har konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Forfatterne er takknemlige for Andrée Nienkerk, Dennis Peyron og Sebastian Skjöld for å veilede treningsøktene og flere tester; Til fagene som deltar Til Tim Crosfield for språkrevisjon; Og til økonomisk støtte fra Svensk Idrettshøgskole.

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

Kjemi utgave 125 Trening motstandstrening styrke mitokondrier mTOR aerob kapasitet insulinfølsomhet glukosetoleranse.
Forbedre styrke, kraft, muskel aerob kapasitet og glukosetoleranse gjennom kortvarig progressiv styrketrening blant eldre 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