Summary
För att bedöma påverkan av träningens intensitet på fysiologiska och biologiska svar, utnyttjades två olika övning testprotokoll. Metoder disposition motion testning på en cykelergometer som inkrementella maximal syre förbrukning test och uthållighet, steady-state submaximal uthållighetsprov beskrivs.
Abstract
Regelbunden fysisk aktivitet har en positiv effekt på människors hälsa, men de mekanismer som styr dessa effekter förblir oklart. De fysiologiska och biologiska Svaren till akut motion påverkas huvudsakligen av varaktighet och intensitet av träningsprogram. Som övning allt är tänkt som en terapeutisk behandling eller diagnostiskt verktyg, är det viktigt att standardizable metoder utnyttjas att förstå variationen och öka motion utgångar reproducerbarhet och mätningar av Svaren till sådana regimer. Därför beskriver vi två olika cykling träning regimer som ger olika fysiologiska effekter. I en maximal konditionstest ökas träningens intensitet kontinuerligt med en större arbetsbelastning vilket resulterar i ett ökande hjärt och metabola svar (hjärtfrekvens, slagvolym, ventilation, syre och koldioxid produktion). Däremot under tester uthållighet motion, efterfrågan ökas från som i vila, men höjs till en fast submaximal träningsintensitet vilket resulterar i ett hjärt och metabola svar som vanligtvis platåer. Tillsammans med protokollen ger vi förslag på att mäta fysiologiska utgångar som inkluderar, men är inte begränsade till, hjärtfrekvens, långsam och forcerad vitalkapacitet, gas exchange mätvärden och blodtryck att möjliggöra jämförelse av motion utgångar mellan studier. Biospecimens avsmakar sedan för att bedöma cellular, protein eller gen uttryck svaren. Sammantaget kan detta tillvägagångssätt anpassas enkelt till både kort - och långsiktiga effekter av två distinkta träning regimer.
Introduction
Fysisk aktivitet definieras som någon kroppslig rörelse producerad av skelettmuskler som kräver energi utgifter1. Motion är en fysisk aktivitet som involverar repetitiva kroppslig rörelse som gjorts för att förbättra eller upprätthålla en eller flera komponenter för fysisk hälsa2. En gång var fysisk aktivitet rekommenderas inte för dem som var allvarligt sjuk. För personer med cancer, hjärtsvikt, eller ens för dem som var gravid, föredrogs sängläge under fysisk aktivitet. Klinisk praxis har sedan drastiskt förändrats, eftersom fördelarna med motion på övergripande hälsa blir onekligen3. Regelbunden motion har visat sig minska risk för kardiovaskulär sjukdom, totalmortalitet, risken för cancer och hypertoni, förbättra blodsockerkontrollen, underlätta viktminskning eller underhåll och förhindra ben och muskel förlust4,5 ,6,7,8.
De omfattande förmånerna av motion har nu lett många att utnyttja motion som en typ av ”medicin” och ett alternativ eller komplement behandlingsalternativ för en mängd villkor3. Shulman et al. visat att en kombination av löpband och motstånd motion kan leda till förbättringar i gångarten hastighet, aerob kapacitet och muskelstyrka som skulle kunna förbättra motorstyrning och övergripande livskvalitet hos patienter med Parkinsons sjukdom9 . Hos hjärtsviktspatienter bidrar motion intolerans och otillräcklig farmaceutiska insatser till en dålig livskvalitet10. Första resultaten från hjärtsviktspatienter som genomgår träning i HF-ACTION rättegång visade förbättring i livskvalitet och minskningar av sjukhusinläggningar och dödlighet11. Dessutom kan har tillämpningen av motion att ändra kardiotoxiska effekter av antracyklin-innehållande kemoterapi (t ex doxorubicin) visat att oavsett när det inleds med avseende på patienterna kemoterapi Administration (före, under eller efter), motion kan ge positiva effekter såsom att minska nedgången i aerob kapacitet, förmildrande vänsterkammardysfunktion och minska oxidativ skada12.
Fördelarna med motion i hälsa och friskvård är inte bara i sin ansökan som en medicin/behandling, men också som ett diagnostiskt verktyg. Motion testning, till exempel används för att diagnostisera motion intolerans, ischemi i hjärtat, eller att förstå orsaken till andnöd andetag13. Kanske viktigare, kan motion testning användas för att identifiera subklinisk dysfunktion. Den mänskliga kroppen är i de flesta situationer ”överbyggd”, sådan att dysfunktion eller patofysiologi ofta kan förbli dolda och unapparent till en individ i månader eller år. Denna observation kan förklara varför villkor såsom pulmonell arteriell hypertension eller pankreascancer tyst kan öka svårighetsgrad så att när symtomen märkas, dessa villkor tenderar att vara mycket avancerade och extremt svårt att behandla2 . I vissa av dessa situationer, kan motion testning ge en stress stimulans till kroppen vilket ökar efterfrågan ovan som dagliga och ibland kan identifiera dysfunktion (kardiella, andningsvägar, metabola) som inte sågs i vila, att hjälpa till att diagnostisera en sjukdom och påbörja behandling tidigare.
För att fullständigt maximera den terapeutiska och diagnostiska potentialen av motion, behövs standardiserade metoder för att kvantifiera Svaren till fysisk aktivitet för att korrekt bedöma bidragen från övning till övergripande immunsystemet hälsa. Variationer i arbetsbelastning, lutning, varaktighet, typ av träning och tidpunkten för provtagning kan alla inflytande mätningar av fysiologiska reaktioner. Här, beskriver vi metoder för maximal och submaximal uthållighet övningar att samla fysiologiska data samtidigt samla in prover för biologiska svar. Denna metod användes för att förstå hur akut motion påverkas distribution och frekvensen av leukocyt populationer i perifert blod14 genom att mäta immunceller populationer vid olika tidpunkter före och efter träning med flödescytometri med 10-färg flödet protokoll som tillåter kvantifiering av alla stora leukocyt grupper samtidigt15. Följande protokoll kan användas som en standardiserad metod för två distinkta träning regimer för att mäta fysiologiska och biologiska svar för att utöva.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollet godkändes av de Mayo institutionella Review Board och överensstämde med Helsingforsdeklarationen. Alla deltagare som skrivit informerat samtycke innan de deltar i tester beskrivna.
1. kalibrering och inställning av metabola Cart
- Flöde och volym (pneumotach) kalibrering
Obs: Specifika material och utrustning listas i Material tabell.- Öppna lungfunktion och gas exchange programvaran för att kalibrera för testet.
- Klicka på knappen ”Kalibrera” för att öppna fönstret kalibrering. Längst ned i fönstret kalibrering, Observera rumstemperaturen, lufttryck och luftfuktighet — säkerställa att dessa värden är korrekta med hjälp av en barometer.
- Infoga umbilical och prova linje i pneumotach och sedan infoga pneumotach i 3 L sprutan.
- Klicka på knappen ”noll flöde” för att säkerställa att det finns inget flöde går igenom sprutan innan kalibrering.
- Klicka på ”start” för att börja kalibreringen. Ta ut först och sedan injicera. Upprepa 4 fler gånger (5 totalt), utom vid olika flöden varje gång. Upprätthålla konstant flöde för varje respektive uttag/injektion och sedan variera flödet för nästa iteration.
- Gaskalibrering
- Fäst provlinjen från luftvägarna mass spectrometer/gas analyzer/metabola vagn till kalibrering/hem porten på systemet.
- I programvaran lungfunktion, Välj O2tillpass2 analysatorer fliken i fönstret kalibrera. Öppna referens (room air 21% O2, 0,04% CO2) och kalibrering (12% O2 och 5% CO2) gastankar.
- Välj knappen Kalibrera.
Obs: Programvaran fungerar magnetventilerna i metabola kundvagn systemet att växla mellan referens- och kalibreringsmetod gaser som provtas vid kalibrering hamnen. Från detta, kommer programvaran att utvärdera för eventuell förskjutning, provtagning förseningen på grund av provet radlängd och 2 – 90% svarstiden. En grön ”kalibrering framgångsrika” meddelande visas när kalibreringen är klar.
- Slutliga Setup
- Ta bort raden prov ur gasen kalibrering hamn och infoga det tillbaka i pneumotach. Sedan bifoga ett munstycke på pneumotach.
- Vänta tills ämnet att anlända för arbetsprovet.
- Vid ankomsten av betvinga, informera dem om studien och vad deras engagemang kommer att vara, granska formuläret samtycke med dem och har denne underteckna den, och besök vinning kontinuerligt diskutera med dem vilken (s) han kommer att göra nästa och ge förklaring till den förfaranden innan du gör dem.
Obs: Uteslutnings- och urvalskriterier kommer att variera beroende på syftet med motion testning, för denna studie de rekryterade var friska, icke-rökare, utan känd hjärt eller immun sjukdom och inte tar några steroider eller immuna modulerande läkemedel.
2. pulmonell funktionstest (PFT)
Obs: Lungfunktion testmetoderna beskrivs är en kort sammanfattning av de publicerade av American Thoracic Society och Europeiska Respiratory Society, för ytterligare detaljer hänvisas till deras publikationer16,17.
- Långsam vitalkapacitet (SVC) manöver
- Instruera föremål att sitta med rak rygg och fötterna platt på golvet med benen uncrossed.
- Instruera föremål att sätta sin mun runt munstycket, och bita ner; Passa även föremål med en näsa klipp att försegla av näshålan.
- Börja manövern på programvaran. När början manövern, instruera föremål att fortsätta att andas normalt.
- Observerar försökspersonens tidvatten andning och har denne fortsätta att andas i väntan på att nå en stabil andningsmönster.
- Instruera föremål att inhalera maximally och andas sedan ut långsamt. Ämnet kommer att hålla tömma sina lungor tills de inte längre kan andas ut. Denna punkt skall framgå av en platå i flödet spårning. Vid denna punkt, instruera föremål för att ta en maximal andetag in.
- Stoppa mätningen och instruera föremål att släppa munstycket och ta bort näsklämman för att ta en paus om det behövs.
Obs: Minst tre SVC utförs. För att möta American Thoracic Society standarder, måste de komma överens inom 5% eller 150 mL varandra för både största VC och inspiratorisk kapacitet (IC) värden. Upp till 4 manövrer kan utföras för att erhålla tre som håller16,17.
- Forcerad vitalkapacitet (FVC) manöver
- Instruera föremål att förstå munstycket och fäst näsklämman sittande kvar i samma position.
- Börja manövern på programvara och instruera föremål att fortsätta att andas normalt. Se till att ämnet har etablerat en stabil andningsmönster med ett minimum av fyra tidvatten andetag.
- Instruera föremål att inhalera fullständigt och snabbt, och sedan omedelbart andas ut (paus < 1 s) så snabbt och kraftfullt som möjligt.
- Berätta för ämne/patienten att fortsätta att försöka spränga/push all luft ur sina lungor att nå en fullständig utandning samtidigt i en upprätt kroppsställning. Detta ses som en platå i den volym-tid-kurvan. Be dem att fortsätta att försöka andas ut för så länge de kan; idealiskt för 6 s.
- När detta är uppnått, instruera föremål att ta en maximal andetag in och stoppa manövern på programvaran.
Obs: Testet bör göras minst två gånger – att säkerställa att de är överens om inom 5% eller 150 mL varandra för båda de två största FVC och FEV1 värdena. Upp till 8 manövrer kan utföras för att få två som håller.
- Maximal frivillig ventilation (MVV) manöver
Obs: Syftet med denna manöver är att ha föremål lika snabbt som de kan röra sig så mycket luft. De kommer bli coachad för att försöka ta så stort andetag som möjligt medan du fortfarande andas snabbt.- Instruera föremål att förstå munstycket och fäst näsklämman bibehållen samma sittande position.
- Börja manövern på programvaran.
Obs: En nedräkning bar högst upp anger antalet andetag krävs (oftast tre) innan data collection/mätningar börjar. - Med ett andetag att gå i nedräkningen, rikta patienten att börja andas snabbt och djupt genom munstycket. De kommer att fortsätta detta för 12 s.
- Uppmuntra patienten under hela förfarandet att andas djupt och snabbt. Om motivet är oförmögen att fortsätta, avbryta testet.
- I slutet av 12 s, instruera patienten att återuppta normal andning. De kan känna ljus rubriken, så uppmuntra dem att sitta och ta långsamma djupa andetag.
Obs: För repeterbarhet testet bör utföras minst två gånger och den föreslagna variationen ska vara mindre än 20%.
3. utövandet tester
- Elektrodplacering
- Förbered huden för elektroderna av rakning håret borta från elektrod placering webbplats om den finns. Gnugga webbplatsen med en spritsudd och sedan med en slipkloss ta bort alla döda hudceller.
Obs: Elektroden kan placeras när detta är klar, men se till att elektroden har tillräcklig gel inte och torr. - Utrusta föremål med elektroder för ett 12-avlednings EKG använder följande elektroder placering.
- Placera lem bly elektroder enligt följande: RA: höger subclavicular fossa; LA: vänster subclavicular fossa; RL: tillbaka precis ovanför bakre överlägsna iliaca ryggraden; LL: vänster tillbaka precis ovanför bakre överlägsna iliaca ryggraden
- Ställning prekordial leder enligt följande: V1: höger i bröstbenet i den 4: e interkostalrummet; V2: vänster om sternum i den 4: e interkostalrummet (i linje med V1); V3: vänster direkt mellan V2 och V4; V4: vänster sida i den 5: e interkostalrummet på raden midclavicular (vanligtvis under bröst/bröstvårta); V5: placera vågrätt med V4 på främre axillär linje (ner från kanten av armhålan (främre axillär hjorden av överarmen). V6: placera vågrätt med V4 och V5 på extra mittlinjen.
- Förbered huden för elektroderna av rakning håret borta från elektrod placering webbplats om den finns. Gnugga webbplatsen med en spritsudd och sedan med en slipkloss ta bort alla döda hudceller.
- Inkrementell maximal cykling test — besök 1
Obs: Utför en maximal arbetsprovet levereras med risker. American College of Sports Medicine beskriver hur att identifiera individer som löper högre risk för biverkning under provningen13. De som skulle anses ha betydande risk har: kända kardiovaskulära, pulmonella och/eller metabolisk sjukdom. Major symtom: bröstsmärta, andfåddhet (SOB) i vila eller med mild ansträngning, yrsel eller synkope, ortopné, fotled ödem, hjärtklappning eller takykardi, claudicatio intermittens, kända blåsljud, ovanlig trötthet eller SOB med vanliga aktiviteter; eller minst två av hjärt-kärlsjukdomen riskerar faktorer: familj historia av hjärtinfarkt eller plötslig död, ålder (män ≥ 45, kvinnor ≥ 55), nuvarande rökare, stillasittande livsstil (< 30 min of moderate intensity physical activity 3 days a week for at least 3 months), obesity (BMI ≥ 30 kg/m 30="" min="" of="" moderate="" intensity="" physical="" activity="" 3="" days="" a="" week="" for="" at="" least="" 3="" months),="" obesity="" (bmi="" ≥="" 30="">2), hypertoni (systoliskt blodtryck (SBP) ≥ 140 mmHg eller diastoliskt blodtryck (DBP) ≥ 90 mmHg), dyslipidemi (totalt kolesterol ≥ 200 mg/dL; LDL ≥ 130 mg/dL; HDL < 40="" mg/dl,="" or="" on="" lipid="" lowering="" medication),="" prediabetes="" (fasting="" blood="" glucose=""> 100 mg/dL). Alla maximal motion testning bör utföras under överinseende av sjukvårdspersonal utbildas i klinisk träning testning, med minst två personer närvarande, en för att övervaka EKG och den andra för att ta blodtryck och övervakning av patienten. För dem som är högre risk, bör en läkare också vara närvarande under provningen, medan de som löper lägre risk testet kan utföras utan en läkare närvarande; Det är att föredra att ha läkaren i närheten och tillgänglig omedelbart vid behov. Den personal som utför testet bör ha grundläggande liv stöd med en automatiserad extern defibrillator (AED) i rummet och minst en eller flera presterande personal bör ha förskott hjärt liv stödja utbildning. De som utför testet bör planen för att svara på en medicinsk nödsituation och har lämpliga telefonnummer.- Passar ämnet på cykeln att sätet och styret sitter bekvämt.
Obs: Allmänna förslag för sitthöjd är sådan att benet har en svag böj längst ned på den pedal stroke och sätet justeras horisontellt så att när vevarmen är parallellt med marken knäet bör falla över fotbenen som bör vara o ver pedalspindeln. Styret ska vara på samma höjd som säte eller något högre och tillräckligt nära så att ämnet har en liten böj på armbågarna. Styret position beror på erfarenhet av ryttaren, mer erfarna cyklister kommer att vilja vara mer böjd över, där finns de som inte cyklar ofta kommer att föredra en mer upprätt position. - Placera en pulsoximeter på motivets pannan. Torka praktikplats med en alkoholservett att ta bort all makeup eller smuts, etc. och fäst den i pannan med ett pannband.
- Granska motion testförfarandet med ämnet. Informera i ämnet att de kommer att behöva bo andning genom munstycket för hela testet, och andas endast genom hans/hennes mun som näsan kommer att anslutas med näsklämman.
Obs: Med hjälp av ett munstycke och näsa klipp är inte det enda alternativet; masker är tillgängliga som täcker näsa och mun så att deltagaren att andas genom antingen deras mun eller näsa18. Gas exchange mätvärden kontinuerligt mäts och registreras via programvaran lungfunktion. Puls (HR) och rytm kommer att kontinuerligt övervakas av de 12-avlednings EKG (EKG). Perifera syremättnad (SpO2) övervakas kontinuerligt med pulsoximeter. Dessa externa signaler (HR, SpO2) kan kopplas till metabola vagnen så att alla mätningar dokumenteras tillsammans. Om detta inte är möjligt, bör HR och SpO2 registreras i ett kalkylblad varje minut. - Rita en 5 mL blodprov från antecubital venen (baslinjens motion blodprov).
- Efter 2 min vila, börja datainsamlingen. Sedan protokollet övningen och instruera deltagaren att börja trampa. Be dem att nå en pedal hastighet mellan 60 och 80 varvtal.
Obs: För denna studie var maximal motion testprotokollet används en inledande arbetsbördan för 50 W med 30 W ökar varje 2 min. Det protokoll som används kan variera beroende på befolkningen och målen för testet. För äldre personer eller patientgrupper, den första etappen kan utföras lossas så att personer kan få sina ben flytta innan motstånd läggs. Hos yngre friska individer är detta oftast inte nödvändig eftersom 50 W är en tillräckligt låg arbetsbelastning att värma upp. Trampa på 0 W samtidigt som andelen önskad pedal är faktiskt mer utmanande än att starta med motstånd från början. - Har en assisterande tekniker-mäta blodtryck (BP) 1 min in i varje steg medan en andra tekniker hjälper till med testet. Sedan be motivet att betygsätta sin ansträngningsnivå på Borg Rating av upplevd ansträngning (RPE) skalan där 6 indikerar att ansträngning uppfattas så lätt (som (s) han sitta/stå gör ingenting) och 20 anger att den upplevda ansträngning är på den svåraste arbete de kan tänka sig att göra18. Ta en 12-avlednings ECG utskrift inom de senaste 30 sekunderna av varje etapp.
- Fortsätta testet tills utmattning av ämnet som betecknas genom att ha minst två av följande uppstår: när 60-80 rpm på cykeln kan inte längre upprätthållas, motivets VO2 platåer och ökar inte med en ökning av arbetsbelastningen, dennes respiratoriska utbytesrelation (RER) är lika med eller större än 1,1-1,2, eller ämnen som grad av upplevd ansträngning (RPE) ≥ 18.
- Avbryta testet om något av följande inträffar13: kärlkramp eller bröstsmärtor smärta symtomen; släpp i systoliskt blodtryck ≥ 10 mmHg med en ökning i arbete; överdriven ökning av BP: SBP > 250 mmHg eller DBP > 115 mmHg; andfåddhet andfåddhet, väsande andning, ben kramper eller claudicatio; tecken på dålig perfusion: yrsel, förvirring, illamående, cyanos, kall eller fuktig hud; underlåtenhet av HR att med ökad träningsintensitet; förändring i hjärtrytm med symtom som; angående begäran om att stoppa; föremål leker eller svår trötthet observeras; testutrustning inte fungerar korrekt.
- När du når utmattning kan fortsätta till fasen återställning: släppa motståndet mot den ursprungliga arbetsbelastningen och instruera föremål att fortsätta att cykla för en annan 2 min.
- Rita en annan 5 mL blod från patienten (post motion blodprovstagning) via antecubital venpunktion.
- Direkt föremål för att återvända i 3 h och 24 h efter slutförandet av testet för ytterligare 5 mL blod ritar. Instruera motivet för att inte delta i ytterligare övning tills slutförandet av 3rd post motion blodet rita på 24 h.
Obs: Dessa var punkter valt för denna studie för att utvärdera raden tid av förändringar i immunceller. Frågor och parametrar av intresse kommer att diktera när provtagning bör ske.
- Passar ämnet på cykeln att sätet och styret sitter bekvämt.
- Steady state submaximal cykling uthållighetsprov — besök 2
- Slutför steg 1 för kalibrering, 3.1 för ECG förberedelse, 3.2.1 för cykel montering och 3.2.2 för pannan pulse oximeter installation.
- Granska motion testförfarandet med ämnet. Informera det ämne som de kommer att cykling för 45 min, men till skillnad från maximal arbetsprovet, de kommer bara att behöva andas in genom munstycket med näsklämman för avsnitten i test och inte kontinuerligt.
Obs: Som med maximal arbetsprovet, HR och rytm kommer att kontinuerligt övervakas av 12-avlednings EKG. SpO2 övervakas kontinuerligt med pulsoximeter. - Dra 5 mL venöst blodprov från antecubital venen (baslinjens uthållighet submaximalt blodprov) innan du påbörjar testen.
- Instruera föremål att förstå munstycket genom munnen och fäst näsklämman.
- Påbörja datainsamlingen och starta övningen protokollet. Instruera deltagaren att börja trampa, och be dem att nå en pedal hastighet mellan 60 och 80 varvtal.
Obs: Denna studie uthållighet steady state protokollet är 45 min med en 3 – 5 min uppvärmning på 50 W. Efter uppvärmning, wattal ökas till 60% av motivets maximal arbetsbelastning bestäms från besök 1. Detta är annorlunda från besök 1 i att arbetsbelastningen är konstant och skjutningen är inställt för en viss varaktighet, snarare än att öka arbetsbelastningen tills peak VO2 nås. - Mäta BP (Använd samma teknikern som förut) och be motivet till rapporten ansträngningsnivå periodvis (varje 3 – 5 min) under hela övningen.
- Instruera föremål att släppa munstycket från den 10: e min till 25: e min, och åter tag munstycket från den 25: e min till 30: e min och under senaste 5 min i 45 min skjutningen (40: e min till 45: e min).
Obs: Gas exchange mätvärden som periodvis övervakas endast när motivet är på munstycket; intermittent övervakning sker som munstycket kan vara torr och obekväm för ämnet när det används under längre perioder. Eftersom målet för denna typ av övning test är att ha ämnet når angivna träningsintensitet och håll sedan att som en steady-state motivets gasutbyte inte behöver övervakas kontinuerligt om det inte är en primära effektmåttet. När det gäller denna studie den stimulans och inte resultatet av intresse. - Se till att testet förblir vid steady-state genom att övervaka följande mätvärden:
- Kontrollera att den VO2 inte har ökat markant (+/-5 mL/min/kg) när motivet är tillbaka på munstycket.
- Kontrollera att motivets HR inte öka med mer än 5 bpm.
- Observera för ämnet visas trött eller att dennes RPE rating stiger.
- Släppa arbetsbelastningen med ~ 5 – 10% att säkerställa fullbordandet av 45 min cykling, om något av ovanstående inträffar.
- Efter 45 min, instruera deltagaren att slutföra en 2 minuters återhämtningsperiod lätt trampa, och rita sedan 5 mL venöst blod (post motion blod draw).
- Ge samma post motion instruktioner som besök 1 dvs, delta inte i motion tills efter 24 h tiden peka och återvända till lab för blodet drar 3 h och 24 h efter träning.
4. blodanalys
- Bearbeta blodprov för analys.
Obs: Potentiella metoder kan innefatta, men är inte begränsade till, flödescytometri av cirkulerande leukocyter, cytokin analys av plasmaprover eller leukocyt gen uttryck analys. Optimal tidpunkter kan dessutom behöva bestämmas empiriskt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tillämpningen av maximal eller submaximal uthållighet motion testning ger en stimulans eller stressfaktor där kroppen reagerar för att möta de ökade fysiologiska kraven. Olika former av motion kan användas för att jämföra fysiologiska och biologiska svaren på en viss övning av sig självt eller när en drog/intervention används eller att utvärdera skillnader i svaren mellan olika övning laster. Maximal och uthållighet motion laster skiljer sig i längd (kort/lång respektive) och intensitet (hög/låg respektive), medan funktionsläget, (dvs, cykling), hålls konstant. När du utformar en studie med motion testning, är det viktigt för att fastställa vad målen för användningen av motion är och vilken typ av svar önskas. Tabell 1 lyfter fram skillnader och likheter mellan submaximal uthållighet och maximal motion testning, men forskare måste också vara medvetna om de effekter som olika former av motion har på de parametrar som utvärderas. I en maximal träning ökning test, där efterfrågan eller motion intensitet ökar kontinuerligt med av arbetsbelastningen (motstånd/watt på en cykel eller hastighet och/eller klass på ett löpband) hjärt och metabola svaret (hjärtfrekvens, slagvolym, ventilation, syre och koldioxid produktion) också kontinuerligt öka (figur 1A). Däremot under en submaximal träning uthållighetsprov efterfrågan ökas från som i vila, men höjs till fasta träningens intensitet. Som sådan, hjärt svar har en inledande ökning, men sedan platåer som kroppen anpassar sig för att möta den konsekvent efterfrågan (figur 1B). Skillnaden i intensitet och efterfrågan mellan maximal och submaximal uthållighet motion testning framgår också när du granskar förändringen av respiratory exchange förhållandet (RER) och värdering av upplevd ansträngning (RPE) respektive övning skjutningen som uppskattar det bränsle som används för att förse kroppen med energi. I en maximal arbetsprovet att RPE och RER stadigt öka tills slutet av testet (figur 2A), där liksom i en submaximal uthållighet motion testa dessa parametrar kommer platå (figur 2B).
Även om inte krävs, kan det vara fördelaktigt att utföra en lungfunktion test innan du utför ett konditionstest. Motion framkallar en hjärt- och lungsjukdom svar och prestanda under arbetsprovet kan begränsas av metabolisk funktion och hjärtat, lungorna eller båda förmåga att svara. Vid bedömningen av om det finns en pulmonell begränsning, det är bra att veta vilande lungfunktion som kan identifiera obstruktiv eller restriktiv begränsningar genom den långsam vitalkapacitet (SVC) och forcerad vitalkapacitet (FVC) manövrar. Utför den maximal frivilliga ventilation (MVV) manövern för att avgöra andningshjälp kapacitet är användbar som detta kan sedan användas för att avgöra hur mycket andningshjälp reserve är närvarande eller om individen inkräkta på deras andningshjälp gränser. Detta värde kan dock också uppskattas från FEV1. Innan du utför lungfunktion test, bör man granska de standardiserade metoderna för spirometri som tillhandahålls av American Thoracic Society och Europeiska respiratoriska samhället16,17.
Figur 1: Gas utbyte och pulsdata för Maximal och Submaximal träning uthållighetstester. Fysiologiska förändringar i svar på den ökade arbetsbelastningen (motstånd i watt) i maximal test (A) och förändringar observerats i ett utmattningsprov (över tid) (B). Paneler visar förändringen i syreförbrukning (VO2, öppna nedåtriktade trianglar), koldioxid produktion (VCO2, svarta trianglar) på vänster y-axel och ventilation (VE, svarta ringar) och puls (HR, grå cirklar) på axeln till höger. Maximal syreförbrukning (VO2 Peak) och test varaktighet eller uthållighet submaximal arbetsbelastning listas på varje panel figur. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Parametrar för träningens intensitet för Maximal och tester uthållighet motion
Två paneler visar förändringen i betyg av upplevd ansträngning (RPE, asterisk) på den vänstra axeln och respiratory exchange ratio (RER, svarta nedåtgående triangeln) på axeln till höger i svar på den ökade arbete (watt) för maximal konditionstest (A) och tid (min) för submaximal uthållighetsprov (B) på x-axeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Maximal arbetsprovet | Likheter | Submaximalt uthållighetsprov |
| – Målet längd 10 – 20 min | – HR övervakas kontinuerligt | – Varaktighet 30 + min |
| – Ökande intensitet: rampning eller stadier | – BP mäts med jämna mellanrum | – Steady state, önskad intensitet valt och höll |
| – Gas exchange övervakas kontinuerligt | – RPE mätt | – Intermittent gas exchange övervakning |
| – HR, VO2, VCO2 och VE stadigt ökar med ökande arbetsbelastning | – Pulsoximetri övervakas kontinuerligt | – HR, VO2, VCO2 och VE platå och arbetsbelastning minskas om börjar stiga som mål är att hålla dessa stadig |
| – RER är ≥ 1.1 | – RER förblir under < 1.0 | |
| – Slutet mätningar kommer att vara den högsta som individens kropp kan producera (HR, VO2, VCO2, VE, arbetsbelastning, etc.) | – I slutet mätningar blir procentandelen av den maximala som individens kropp kan producera (HR, VO2, VCO2, VE, arbetsbelastning, etc.). Procentandel styrs av intensiteten i submaximalt och/eller varaktighet | |
| – För att veta hur många procent av maximalt är det en maximal arbetsprovet skulle utföras vanligen vid ett tidigare besök | ||
| VO2: syreförbrukning; VCO2: produktion av koldioxid. VE: ventilation; HR: hjärtfrekvens; RER: respiratoriska utbytesförhållande | ||
Tabell 1: jämförelse av Maximal och Submaximal träning uthållighetstester. Tabellen sammanfattar skillnader och likheter mellan de två motion-prov som beskrivs.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det finns stor potential för övning att införlivas som ett komplement/alternativ terapeutiska verktyg. En växande mängd bevis tyder faktiskt starkt att fysisk aktivitet främjar god hälsa. Användningen av motion som ett läkemedel eller diagnostikverktyg skulle kräva en förståelse för rätt mängd eller ”dos” av motion för att uppnå önskad effekt. Den optimala dosen av motion bör beräknas, eftersom för mycket träning kan vara skadlig för bättre hälsa. Som sådan, kan ett träningsprogram behöva anpassas till varje individ att uppnå optimal nytta från träning. Därför behöver de variabler som bidrar till arten av de olika svaren att utöva förstås och kontrolleras. Standardiserade metoder för att utöva testning kommer därför kritisk i fältet framåt.
Den bästa metoden för att normalisera träningsintensitet för submaximalt test fortsätter att vara föremål för debatt. Vi valde att använda 60% av den maximala arbetsbelastningen uppnås, men andelen VO2max/peak, maxpuls eller HRRmax används ofta för förskrivning övning utbildning intensitet zoner19. Mer nyligen, andra metoder har föreslagits vara mer effektiva på att normalisera träningsintensitet för forskning. Ena är begreppet procent-deltat, där intensiteten är inställd till en bestämd procentsats av skillnaden mellan gas exchange tröskeln och VO2max och har visat sig ge mer konsekvent mellan-ämne svar på uthållighet submaximal utöva tester än med en procentandel av VO2max20. En andra metod för cykling punktskatter testning är kritiska makt (CP) som beskriver uteffekt som motsvarar tröskeln för trötthet. På denna punkt är cardiopulmonary och metabola svar mest synkroniserade eller enhetlig. När övningen utförs under denna tröskel, perifer trötthet begränsar inte varaktigheten utövandet kan utföras och träningsintensitet kan stabiliseras. Å andra sidan, ovanför CP, mängden arbete som kan göras eller W' kan identifieras och varaktighet tills W' är utmattad kan vara förutspådda21. Det bästa valet för avgöra submaximalt intensiteten återstår ännu fastställas, men många i fältet utövandet fysiologi är på väg bort från de äldsta metoderna och går mot en av de nya metoder som beskrivs. Protokollet väljs beror på studien och primära resultaten utvärderas. Dessutom i denna studie valdes intermittent övervakning av gasutbyte att göra testet mer bekväm för deltagarna som andas på ett språkrör för långa perioder är obekväm på grund av muntorrhet. Saliv kan ansamlas och hålla munstycket i munnen kan vara tröttsamt för käkarna. Eftersom det primära effektmåttet var en förändring i perifera leukocyter och inte en förändring i hjärt svar på submaximal uthållighetsträning, var intermittent övervakning av gasutbyte att säkerställa att arbetsprovet förblev vid steady-state tillräcklig.
Vi har skisserat standardiserade motion protokoll, men ytterligare åtgärder kan vidtas före utövandet tester för att ytterligare förbättra konsistens och reproducerbarhet av motion testresultat. Exempelvis har den samma teknikern som utför alla blodtrycksmätningar för en särskild studie, eller åtminstone har samma teknikern mäta ett ämne över flera upprepade tester. För det andra, en korrekt kalibrering av alla testutrustning, särskilt den metabola analyzer, bör utföras före varje experiment. Slutligen variabilityen av försökspersonerna och hur detta kommer att förändra den individuella responsen och jämförelser mellan enskilda beaktas och minimeras. Detta kan lindras på flera sätt genom att begränsa användningen av stimulantia (dvs. koffein), och kontrollerande födointag och motion före testning och även säkerställa att försökspersonerna är utvilad. Provningsvillkoren (utrustning, rumstemperatur, tid på dygnet, etc.) bör hållas konsekvent om tester kommer att upprepas. I vissa fall med kvinnliga deltagare slutföra tester på en viss fas av deras menstruationscykeln (t.ex. tidig follikulär fas) är också en viktig kontroll. Forskaren måste dessutom bestämma om de tillåter kosttillskott och mediciner tas, eftersom dessa kan ändra svaret att utöva. Det kan finnas ytterligare variabler i en särskild studie kontroll för, rekommenderar vi starkt att dessa steg införlivas i någon studie design som inbegriper motion testning.
De motion regimer som beskrivs här kan användas för att studera fysiologiska Svaren till akut motion. Vi har tidigare använt denna metod för att förstå immunologiska förändringar hos friska individer i två olika träning regimer14. Vi samlat blodprov före träning testning med tre blodprover som tagits vid olika tidpunkter efter träning. Medan både maximal och uthållighet motion regimer som ledde till en snabb ackumulation av flera leukocyt populationer, vid maximal dosering leda till en större ökning av de flesta leukocyt subpopulations direkt efter testning utfördes. Vi fann också att CD56+CD16+ naturliga mördarceller ökade mest omedelbart efter träning, men CD15+ granulocyter hade en fördröjd respons av topp på tre timmar efter träning. Det är väl känt att perifera leukocyter snabbt ackumuleras i omlopp efter träning (granskas av Freidenreich och Volek22), visat vår studie att kinetiken för mobilisering är helt olika och cell typ specifika. Naturliga mördarceller (NK) celler och CD8+ cytotoxiska T-celler verkar vara den mest påverkas vid motion23, men andra befolkningar, inklusive myeloida celler och B-celler också öka till viss del. Många studier har fokuserat på akuta effekter av enstaka övning händelser, behövs sannolikt längsgående utbildning-baserad träning regimer att ge ytterligare inblick i hur träning påverkar långsiktiga immunologiska prestanda.
De protokoll som beskrivs här ger en standardiserad metod för att införliva träning regimer för biologiska och fysiologiska svar. Dessa protokoll kan enkelt modifieras för båda enda motion tester samt som långfristig längsgående flera tester. Fysiologiska mätningar kan omfatta, men är inte begränsade till, puls, blodtryck, syreförbrukning och kroppsmasseindex (BMI). Biologiska Svaren kan mätas från en mängd prover inklusive perifert blod, saliv, urin och svett. Från dessa prover kan flera samtidiga analyser utföras via flödescytometri av cellulära sammansättningen, proteomik analyser, gene expression arrays eller andra typer av biokemiska och molekylära metoder. Förutom att förstå förändringar i sammansättningen av perifera leukocyter, har andra tittat på plasma markörer för inflammation24, cytokiner25och hur utbildning regimer kan användas för att ändra utövas-inducerad förändringar26 . Sammantaget standardiserade protokoll tillåter mätning av fysisk aktivitet för olika löptider och stödnivåer med tillhörande fysiologiska parametrar i ett definierat sätt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de har inga konkurrerande finansiella intressen.
Acknowledgments
Denna studie har finansierats av Mayo Clinic Institutionen för laboratoriemedicin och patologi och andra olika interna källor.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Metabolic cart/portable system | MCG Diagnostics | Mobile Ultima CPX System | The flow calibration syringe, and calibration gases should come with system. There are numerous possible options/alternatives. |
| Pulmonary function software (Breeze Suite) | MCG Diagnostics | Software used will depend on the metabolic system | |
| Upright cycle ergometer | Lode ergoline | 960900 | Numerous possible options/alternatives |
| 12-Lead ECG | GE Healthcare | CASE Exercise Testing System | Used for 12 lead ECG capture, control bike. Having a full 12-lead is ideal for maximal exercise test so can monitor for arhythmias, but alternative for just HR would be a wireless chest strap heart rate monitor |
| Pulse oximeter | Masimo | MAS-9500 | Usually multiple probe options: finger, forehead, ear lobe. Usually avoid finger as tight handlebar grip can cause measurement inaccuracies |
| Pneumotach (preVent Flow Sensor) | MCG Diagnostics | 758100-003 | Alternative systems can use a turbine |
| Nose piece (disposable) | MCG Diagnostics | 536007-001 | Numerous possible options/alternatives |
| Mouthpeice with saliva trap | MCG Diagnostics | 758301-001 | Suggest filling the saliva trap with paper towel/gauze and tape cap to limit dripping |
| Headband | Cardinal Health | 292866 | Used to secure the forehead pulse oximeter and the lines for the cart |
| Stethescope | 3M Littman | 3157SM | Numerous possible options/alternatives |
| Blood pressure cuff | HCS | HCS9005-7 | Cuff size will depend on the population planning to test |
| ECG Electrodes | Cardinal Health | M2570 | only needed with lead based ECG/HR monitoring |
| K2EDTA tube 5 mL | Becton Dickinson | 368661 | |
| *The table provides a list of the supplies and equipment utilized in this protocol and comments related to the equipment. Brand name/company is provided, but the use of other brands will not affect the results, key is to keep it consistent throughout testing in a particular study. |
References
- Caspersen, C. J., Powell, K. E., Christenson, G. M. Physical activity, exercise, and physical fitness: definitions and distinctions for health-related research. Public Health Reports. 100 (2), 126-131 (1985).
- World Health Organization. Physical Activity. , Available from: http://www.who.int/dietphysicalactivity/pa/en/ (2018).
- Pedersen, B. K., Saltin, B. Exercise as medicine - evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scandinavian Journal Medicine & Science in Sports. 25, Suppl 3. 1-72 (2015).
- Barlow, C. E., et al. Cardiorespiratory fitness is an independent predictor of hypertension incidence among initially normotensive healthy women. American Journal of Epidemiology. 163 (2), 142-150 (2006).
- Blair, S. N., et al. Changes in physical fitness and all-cause mortality. A prospective study of healthy and unhealthy. 273 (14), 1093-1098 (1995).
- Marson, E. C., Delevatti, R. S., Prado, A. K., Netto, N., Kruel, L. F. Effects of aerobic, resistance, and combined exercise training on insulin resistance markers in overweight or obese children and adolescents: A systematic review and meta-analysis. Preventive Medicine. 93, 211-218 (2016).
- Peel, J. B., et al. A prospective study of cardiorespiratory fitness and breast cancer mortality. Medicine and Science in Sports and Exercise. 41 (4), 742-748 (2009).
- Sui, X., et al. Cardiorespiratory fitness and adiposity as mortality predictors in older adults. JAMA. 298 (21), 2507-2516 (2007).
- Shulman, L. M., et al. Randomized clinical trial of 3 types of physical exercise for patients with Parkinson disease. JAMA Neurology. 70 (2), 183-190 (2013).
- Fleg, J. L., et al. Exercise training as therapy for heart failure: current status and future directions. Circulation. Heart Failure. 8 (1), 209-220 (2015).
- Flynn, K. E., et al. Effects of exercise training on health status in patients with chronic heart failure: HF-ACTION randomized controlled trial. JAMA. 301 (14), 1451-1459 (2009).
- Scott, J. M., et al. Modulation of anthracycline-induced cardiotoxicity by aerobic exercise in breast cancer: current evidence and underlying mechanisms. Circulation. 124 (5), 642-650 (2011).
- American College of Sports Medicine. ACSM's guidelines for exercise testing and prescription. , Lippincott Williams & Wilkins. (2013).
- Gustafson, M. P., et al. A systems biology approach to investigating the influence of exercise and fitness on the composition of leukocytes in peripheral blood. Journal for Immunotherapy of Cancer. 5, 30 (2017).
- Freidenreich, D. J., Volek, J. S. Immune responses to resistance exercise. Exercise Immunology Review. 18, 8-41 (2012).
- Campbell, J. P., et al. Acute exercise mobilises CD8+ T lymphocytes exhibiting an effector-memory phenotype. Brain Behavior and Immunity. 23 (6), 767-775 (2009).
- Gustafson, M. P., et al. A method for identification and analysis of non-overlapping myeloid immunophenotypes in humans. PLoS One. 10 (3), e0121546 (2015).
- Miller, M. R., et al.
- Miller, M. R., et al. General considerations for lung function testing. European Respiratory Journal. 26 (1), 153-161 (2005).
- Borg, G. Ratings of perceived exertion and heart rates during short-term cycle exercise and their use in a new cycling strength test. International Journal of Sports Medicine. 3 (3), 153-158 (1982).
- Norton, K., Norton, L., Sadgrove, D. Position statement on physical activity and exercise intensity terminology. Journal of Science and Medicine in Sport. 13 (5), 496-502 (2010).
- Lansley, K. E., Dimenna, F. J., Bailey, S. J., Jones, A. M. A 'new' method to normalise exercise intensity. International Journal of Sports Medicine. 32 (7), 535-541 (2011).
- Poole, D. C., Burnley, M., Vanhatalo, A., Rossiter, H. B., Jones, A. M. Critical Power: An Important Fatigue Threshold in Exercise Physiology. Medicine and Science in Sports and Exercise. 48 (11), 2320-2334 (2016).
- Gustafsson, A., et al. Effects of Acute Exercise on Circulating Soluble Form of the Urokinase Receptor in Patients With Major Depressive Disorder. Biomarker Insights. 12, 1177271917704193 (2017).
- Hallberg, L., et al. Exercise-induced release of cytokines in patients with major depressive disorder. Journal of Affective Disorders. 126 (1-2), 262-267 (2010).
- Bengtsson Lindberg, M., Wilke, L., Vestberg, S., Jacobsson, H., Wisén, A. Exercise-induced Release of Cytokines/Myokines in a Single Exercise Test before and after a Training Intervention in Patients with Mild Cognitive Impairment. International Journal of Physical Therapy & Rehabilitation. 3, (2017).
