Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

Gennemføre maksimal og Submaximal udholdenhedstræning test for at måle fysiologiske og biologiske svar til akut øvelse i mennesker

doi: 10.3791/58417 Published: October 17, 2018

Summary

For at vurdere indflydelsen fra træningens intensitet på fysiologiske og biologiske reaktioner, blev to forskellige motion test protokoller udnyttet. Metoder skitserer motion test på en cyklus ergometer som en trinvis maksimal ilt forbrug test og udholdenhed, steady state submaximal udholdenhedsprøve er beskrevet.

Abstract

Regelmæssig fysisk aktivitet har en positiv indvirkning på menneskers sundhed, men de mekanismer, der styrer disse virkninger er fortsat uklart. De fysiologiske og biologiske svar til akut øvelse er overvejende påvirket af varigheden og intensiteten af motion regime. Motion er i stigende grad opfattes som en terapeutisk behandling og/eller diagnostic værktøj, er det vigtigt, at standardizable metoder udnyttes til at forstå variabiliteten og øge reproducerbarhed af motion udgange og målinger af svar til sådanne regimer. Med henblik herpå beskriver vi to forskellige cykel Motion regimer, der giver forskellige fysiologisk udgange. I en anstrenger test øges træningsintensiteten hele tiden med en større arbejdsbyrde, hvilket resulterer i en stigende kardiopulmonale og metaboliske respons (puls, slagtilfælde volumen, ventilation, forbrug af ilt og kuldioxid produktion). Derimod under udholdenhed øvelse tests, efterspørgslen er steget fra, i hvile, men er rejst til en fast submaximal træningens intensitet, hvilket resulterer i en kardiopulmonale og metaboliske respons, der typisk plateauer. Sammen med protokollerne leverer vi forslag om måling af fysiologisk udgange, der omfatter, men er ikke begrænset til, puls, langsom og tvungen vital kapacitet, gas udveksling målinger og blodtryk til at aktiverer sammenligning af motion udgange mellem undersøgelser. Biospecimens kan derefter udtages for at vurdere cellular, protein, og/eller gen expression svar. Samlet set kan denne tilgang tilpasses nemt til både kort - og langsigtede virkninger af to særskilte Motion regimer.

Introduction

Fysisk aktivitet er defineret som enhver kropslig bevægelse produceret af skeletmuskulatur, der kræver energi udgifter1. Motion er en fysisk aktivitet, der involverer gentagne kropslig bevægelse gjort for at forbedre eller bevare en eller flere komponenter af fysiske sundhed2. På et tidspunkt, var fysisk aktivitet anbefales ikke til dem, der var alvorligt syg. For personer med kræft, hjertesvigt, eller selv for dem, der var gravid, var sengeleje foretrukne over fysisk aktivitet. Klinisk praksis har siden drastisk ændret, da fordelene ved motion på generelle sundhed bliver ubestridelige3. Regelmæssig motion har vist sig at reducere risiko for hjerte-kar-sygdom, all-dødelighed, kræftrisiko og hypertension, forbedre blodsukkerkontrol, lette vægttab eller vedligeholdelse og forhindre knogle- og muskel tab4,5 ,6,7,8.

De omfattende fordelene ved motion har nu fået mange til at udnytte motion som en slags "medicin" og et alternativ eller supplement behandlingsmulighed for en lang række betingelser3. Shulman et al. påvist, at en kombination af løbebånd og modstand øvelse kunne resultere i forbedringer i gangart hastighed, aerob kapacitet og muskelstyrke, som kunne forbedre motorisk kontrol og generelle livskvalitet hos patienter med Parkinsons sygdom9 . Patienter med hjertesvigt bidrage motion intolerance og utilstrækkelig farmaceutiske interventioner til en dårlig livskvalitet10. Første resultater fra patienter med hjertesvigt under motion uddannelse i HF-ACTION retssag demonstreret forbedring i livskvalitet og reduktioner i indlæggelser og dødelighed11. Derudover har anvendelse af motion til at ændre de kardiotoksiske virkninger af antracyklin-holdige kemoterapi (f.eks. doxorubicin) vist, at uanset hvornår det er indledt over for patienterne kemoterapi Administration (før, under eller efter), motion kan give gavnlige virkninger, såsom at reducere nedgangen i aerob kapacitet, formildende den venstre ventrikel dysfunktion og oxidativ skade12.

Fordelene ved øvelse i sundhed og wellness er ikke blot i dens anvendelse som en medicin/behandling, men også som et diagnostisk værktøj. Motion test, for eksempel bruges til at diagnosticere motion intolerance, iskæmi i hjertet, eller at forstå årsagen til åndenød ånde13. Måske endnu vigtigere, kan motion test udnyttes til at identificere subklinisk dysfunktion. Den menneskelige krop er i de fleste situationer "overbuilt," Sådan at dysfunktion eller Patofysiologi ofte kan forblive skjult og uanselige til en person i måneder eller år. Denne bemærkning kan forklare hvorfor betingelser såsom pulmonal arteriel hypertension eller kræft i bugspytkirtlen kan lydløst øge i sværhedsgrad, så ved tid symptomer er bemærket, disse betingelser tendens til at være meget avancerede og ekstremt vanskelige at behandle2 . I nogle af disse situationer, kan motion test give stress impulser til det organ, der øger efterspørgslen ovenfor, af dagligdagen og til tider kan identificere dysfunktion (hjerte, respiratoriske, metabolisk) der ikke blev set på resten, hjælpe med at diagnosticere en sygdom og begynde behandling tidligere.

For at fuldt maksimere den terapeutiske og diagnostiske potentiale af motion, er standardiserede metoder til at kvantificere svar til fysisk aktivitet nødvendigt at præcist at vurdere bidragene fra øvelse til samlet immune sundhed. Variationer i arbejdsbyrden, hældning, varighed, type af motion og timingen af stikprøven samling kan alle indflydelse målinger af fysiologiske reaktioner. Her, skitsere vi metoder for maksimal og submaximal udholdenhed øvelser at samle fysiologiske data samtidig indsamling af prøver til biologiske svar. Denne metode blev brugt til at forstå hvordan akutte motion påvirket udbredelse og hyppighed af leukocyt populationer i perifere blod14 ved at måle immun cellepopulationer på forskellige tidspunkter før og efter træning ved flowcytometri med 10-farve flow protokoller, der tillader kvantificering af alle større leukocyt delmængder samtidigt15. Følgende protokol kan bruges som en standardiseret metode til to særskilte Motion regimer til måling af fysiologiske og biologiske reaktioner kan udøve.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Protokollen blev godkendt af Mayo institutionelle Review Board og var i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen. Alle deltagere omhandlet skrevet informeret samtykke før du deltager i afprøvning beskrevet.

1. kalibrering og opsætning af metaboliske vogn

  1. Flow og volumen (pneumotach) kalibrering
    Bemærk: Specifikke materialer og udstyr er opført i Materialer tabel.
    1. Åbn pulmonal funktion og gas udveksling software til at kalibrere for testen.
    2. Klik på knappen "Kalibrer" for at åbne vinduet kalibrering. Nederst i vinduet kalibrering Bemærk rumtemperaturen, barometerstand og luftfugtighed — sikre, at disse værdier er korrekte ved hjælp af et barometer.
    3. Indsæt umbilical og prøve linje i pneumotach og derefter indsætte pneumotach i 3 L sprøjten.
    4. Før du starter kalibrering, skal du klikke på knappen "nul flow" for at sikre, at der ingen strøm går igennem sprøjten.
    5. Klik på "start" for at starte kalibreringen. Trække først, derefter indsprøjtes. Gentage 4 flere gange (5 samlede), undtagen på forskellige strømningshastigheder hver gang. Opretholde konstant flow for hver respektive tilbagetrækning/indsprøjtning, så varierer strømningshastigheden for den næste iteration.
  2. Gaskalibrering
    1. Vedhæfte proeveudtagningsudstyr fra respiratorisk mass spectrometer/gas analysator/metaboliske vogn til kalibrering/home-porten på systemet.
    2. Vælg fanen O2/CO2 analysatorer i vinduet Kalibrer i software pulmonal funktion. Åbn reference (room air 21% O2, 0,04% CO2) og kalibrering (12% O2 og 5% CO2) gastanke.
    3. Vælg knappen Kalibrer.
      Bemærk: Softwaren vil fungere hurtigtvirkende ventiler i den metaboliske indkøbskurv system til at skifte mellem de reference og kalibrering gasser er stikprøven på havnens kalibrering. Fra dette, vil softwaren evaluere for nogen forskydning, prøveudtagning forsinkelse på grund af prøve linjelængde og 2 – 90% svartid. En grøn "Kalibrering succes" besked vises, når kalibreringen er fuldført.
  3. Endelige opsætning
    1. Fjerne den prøve linje fra gas kalibrering port og sæt det tilbage i pneumotach. Derefter vedhæfte et talerør på pneumotach.
    2. Vente på emne at ankomme til udøvelse test.
    3. Ved ankomsten af emnet, underrette dem om studiet og hvad deres deltagelse vil være, anmeld samtykkeerklæring med dem og har ham underskrive det, og som besøg provenuet løbende diskutere med dem. hvad (s) han vil gøre næste og give forklaring på de procedurer før du gør dem.
      Bemærk: Medtagelse og udelukkelse kriterier vil variere baseret på formålet med motion test, for denne undersøgelse dem ansat var sund, ikke-rygere, med ingen kendt kardiopulmonale eller immun sygdom og ikke tager nogen steroider eller immun-modulerende medicin.

2. pulmonal funktionstest (PFT)

Bemærk: Pulmonal funktion testmetoder beskrevet er et kort resumé af dem, der offentliggøres af den American Thoracic Society og europæiske respiratoriske samfund, for yderligere oplysninger henvises til deres publikationer16,17.

  1. Langsom vital kapacitet (SVC) manøvre
    1. Instruere emnet til at sidde med lige tilbage og fødder fladt på gulvet med benene uncrossed.
    2. Instruere emnet at sætte hans/hendes mund omkring mundstykket, og bide ned; også passe emnet med en næse klip til at forsegle næsehulen.
    3. Start manøvren på software. Ved starten af manøvren, instruere emnet til at fortsætte med at trække vejret normalt.
    4. Observere fagets tidevandsenergi vejrtrækning og har vedkommende fortsætte med at trække vejret mens du venter på at nå frem til en stabil åndedrætsmønster.
    5. Instruere emnet at inhalere maksimalt og derefter udånder langsomt. Emnet vil holde tømme sine lunger, indtil de ikke længere kan udånder. Dette punkt vil fremgå af et plateau i flow-sporing. På dette tidspunkt, instruere emnet til at tage en maksimal indånding.
    6. Stop måling og instruere emnet at frigive mundstykket og fjerne næse klippet for at tage en pause, hvis nødvendigt.
      Bemærk: Et minimum af tre SVC'er er udført. For at imødekomme American Thoracic Society standarder, skal de acceptere 5% eller 150 mL af hinanden både største VC og inspiratorisk (IC) kapacitetsværdier. Op til 4 manøvrer kan udføres for at opnå tre, der accepterer16,17.
  2. Tvungen vital kapacitet (FVC) manøvre
    1. Instruere emnet at forstå mundstykket og lægger næsen klip, mens resterende i samme siddende stilling.
    2. Start manøvren på software og instruere emnet til at fortsætte med at trække vejret normalt. Sikre, at emnet har etableret en stabil åndedrætsmønster med et minimum af fire tidevandsenergi vejrtrækninger.
    3. Instruere emnet at inhalere fuldt ud og hurtigt, og derefter til straks udånder (pause på < 1 s) så hurtigt og kraftigt som muligt.
    4. Fortælle emne/patienten til fortsat at forsøge og blast/push al luft ud af hans/hendes lunger, at nå frem til en fuldstændig udånding samtidig i en oprejst stilling. Dette ses som et plateau i volumen-tid kurven. Bede dem om at fortsætte forsøger at udånder så længe de kan; ideelt for 6 s.
    5. Når dette er opnået, instruere emnet til at tage en maksimal indånding og stoppe manøvren på software.
      Bemærk: Prøven bør gentages mindst to gange — at sikre, at de er enig i 5% eller 150 mL af hinanden for begge de to største FVC og FEV1 værdier. Op til 8 manøvrer kan udføres for at få to, der er enig.
  3. Maksimal frivillige ventilation (MVV) manøvre
    Bemærk: Målet med denne manøvre er at have emnet flytte så meget luft så hurtigt som de kan. De vil blive coachet til at forsøge at tage som store indåndinger som muligt mens stadig vejrtrækning hurtigt.
    1. Instruere emnet at forstå mundstykket og lægger næsen klip samtidig opretholde den samme kørestilling.
    2. Start manøvren på software.
      Bemærk: En nedtælling bar på toppen vil angive antallet af indåndinger kræves (normalt tre) før data indsamling/målinger begynder.
    3. Med ét åndedrag at gå i nedtællingen, direkte patienten til at begynde at trække vejret dybt og hurtigt gennem mundstykket. De vil fortsætte dette for 12 s.
    4. Tilskynde patienten under hele proceduren at trække vejret dybt og fast. Hvis motivet er afskåret fra fortsætte, stoppe testen.
    5. I slutningen af 12 s, Bed patienten om at genoptage normal vejrtrækning. De kan føle lys ledes, så tilskynde dem til at læne sig tilbage og tage langsomme dybe indåndinger.
      Bemærk: For repeterbarhed testen bør udføres mindst to gange og den foreslåede variabilitet bør være mindre end 20%.

3. øvelse Tests

  1. Elektrode placering
    1. Forbered huden til elektroderne ved barbering håret væk fra elektrode placering websted, hvis det findes. Gnid stedet med en alkoholserviet og derefter med en slibesvamp til at fjerne alle døde hudceller.
      Bemærk: Elektrode kan placeres, når dette er afsluttet, men være sikker på, at elektroden har passende gel ikke og tør.
    2. Udstyre emnet med elektroder for en 12-aflednings elektrokardiogram ved hjælp af følgende elektroder placering.
      1. Placer lemmer bly elektroder som følger: RA: højre side subclavicular fossa; LA: venstre side subclavicular fossa; RL: højre tilbage lige over posterior superior iliaca rygsøjlen; LL: venstre back lige over posterior superior iliaca rygsøjlen
      2. Position precordial fører som følger: V1: ret til brystbenet i 4th interkostale rum; V2: venstre af brystbenet i 4th interkostale rum (i overensstemmelse med V1); V3: venstre side direkte mellem V2 og V4; V4: venstre side i det 5. interkostale rum på linjen midclavicular (typisk under bryst/nippel); V5: placere vandret med V4 på forreste aksillær linje (ned fra kanten af armhulen (forreste aksillær fold af overarmen); V6: placere vandret med V4 og V5 på den midterste hjælpeansatte linje.
  2. Incremental maksimal cykel test — besøg 1
    Bemærk: Udfører en anstrenger test kommer med risici. American College of Sports Medicine beskriver, hvordan til at identificere personer, der er større risiko for et uønsket hændelse under prøvningen13. De, der ville anses at have væsentlig risiko: kendt hjerte-kar-, pulmonal og/eller metabolisk sygdom; store symptomer: smerter i brystet, åndenød (SOB) i hvile eller med mild anstrengelse, svimmelhed eller besvimelse, orthopnea, ankel ødem, hjertebanken eller takykardi, claudicatio intermittens, kendte hjertemislyd, usædvanlig træthed eller SOB med sædvanlige aktiviteter; eller mindst to af de hjerte-kar-sygdom risici faktorer: familie historie af myokardieinfarkt eller pludselig død, alder (hanner ≥ 45, kvinder ≥ 55), nuværende ryger, stillesiddende 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), hypertension (systolisk blodtryk (SBP) ≥ 140 mmHg eller Diastolisk blodtryk (DBP) ≥ 90 mmHg), dyslipidæmi (total kolesterol ≥ 200 mg/dL; LDL ≥ 130 mg/dL; HDL < 40="" mg/dl,="" or="" on="" lipid="" lowering="" medication),="" prediabetes="" (fasting="" blood="" glucose=""> 100 mg/dL). Alle anstrenger test skal udføres under tilsyn af en læge eller sygeplejerske uddannet i klinisk motion test, med mindst to mennesker til stede, en til at overvåge EKG og den anden for at tage blodtryk og overvåge patienten. For dem, der er højere risiko, bør en læge også være til stede under prøven, mens dem, der har lavere risiko testen kan udføres uden en læge til stede; Det foretrækkes at have læge nærliggende og tilgængelige straks hvis nødvendigt. Det personale, der udfører testen bør have grundlæggende liv støtte med en automatisk ekstern defibrillator (AED) i rummet og mindst én eller flere udfører personale skal have advance hjerte life støtte uddannelse. Dem, der udfører testen bør kende planen for at reagere på en medicinsk nødsituation og har den relevante kontakt numre.
    1. Passer til emnet på cyklen, og sørg for sædet og styr er placeret komfortabelt.
      Bemærk: Den generelle forslag til sædehøjde er sådan, at benet har en let bøjning i bunden af den pedal slagtilfælde og sædet bør justeres vandret, således at når den krank arm er parallel med ground knæet skal falde over de mellemfodsknogler, som bør være o ver den pedal spindel. Styret skal være i samme højde som sæde eller lidt højere og tæt nok, så emnet har en let bøjning i deres albuer. Styr holdning vil afhænge af oplevelsen af rytteren, mere erfarne cyklister vil gerne være mere bøjet over, hvor er dem, der ikke cykel ofte vil foretrække en mere oprejst stilling.
    2. Placer en pulsoximeter på fagets pande. Tør placering placering med en alkohol tør fjerne enhver makeup eller snavs m.m. og sikre det på panden med en bøjle.
    3. Anmeld motion testprocedure med emnet. Oplyse om, at de skal holde vejrtrækning gennem mundstykket for hele varigheden af testen, og trække vejret kun gennem hans/hendes mund som næsen vil blive sat med næse klip.
      Bemærk: Ved hjælp af et mundstykke og næse klip er ikke den eneste løsning. masker er tilgængelige som dækker næse og mund, så deltageren til at trække vejret gennem enten munden eller næsen18. Gas udveksling metrics er løbende måles og registreres gennem pulmonal funktion software. Heart rate (HR) og rytme vil blive løbende overvåget af 12-aflednings elektrokardiogram (EKG). Perifere iltmætning (SpO2) vil blive løbende overvåget med pulsoximeter. Disse eksterne signaler (HR, SpO2) kan knyttet til den metaboliske vogn, således at alle målingerne er dokumenteret sammen. Hvis dette ikke er muligt, skal HR og SpO2 være registreret på et regneark hvert minut.
    4. Tegne en 5 mL blodprøve fra antecubital vene (baseline motion blod draw).
    5. Efter 2 min hvile, Begynd dataindsamling. Derefter starte øvelsen-protokollen og instruere deltager at begynde pedaling. Bede dem om at nå en pedal sats mellem 60 og 80 omdrejninger.
      Bemærk: For denne undersøgelse var anstrenger testprotokol anvendes en indledende arbejdsbyrde på 50 W med 30 W forøges hver 2 min. Den protokol, der bruges kan variere afhængigt af befolkningen og målene for testen. For ældre personer eller patientgrupper, den første fase kan udføres aflæsset til tillader enkeltpersoner at få deres ben bevæger sig før modstand er tilføjet. I yngre raske individer er det normalt ikke nødvendigt, da 50 W er en lav nok arbejdsbyrde at varme op. Pedalerne på 0 W samtidig opretholde den ønskede pedal sats er faktisk mere udfordrende end at starte med modstand fra begyndelsen.
    6. Har en medhjælpende tekniker foranstaltning blodtryk (BP) 1 min i hver etape mens en anden tekniker bistår med test. Derefter spørger emne til at vurdere hans/hendes anstrengelse niveau på Borg Rating af opfattet anstrengelse (ÅV) skala hvor 6 angiver, at anstrengelse opfattes som let (som (s) han siddende/stående gør intet) og 20 angiver, at de opfattede anstrengelse på den sværeste arbejde de kan forestille dig at gøre18. Tage en 12-aflednings ECG udskrift inden for de sidste 30 sekunder af hver fase.
    7. Fortsætte testen indtil udmattelse af emnet, som er udpeget af at have mindst to af følgende forekommer: når 60-80 rpm på cyklen kan ikke længere opretholdes, fagets VO2 plateauer og øger ikke med en stigning i arbejdsbyrden, hans/hendes respiratorisk ombytningsforhold (RER) er lig med eller større end 1,1-1,2, og/eller fag rating af opfattet anstrengelse (ÅV) ≥ 18.
    8. Stoppe testen, hvis et af følgende sker13: debut af angina eller kiste smerte symptomer; drop i SBP af ≥ 10 mmHg med en stigning i arbejdet; overdreven stigning i BP: SBP > 250 mmHg og/eller DBP > 115 mmHg; åndenød forpustet, hvæsen, ben kramper eller claudicatio; tegn på dårlig perfusion: svimmelhed, forvirring, kvalme, cyanose, kolde eller klam hud; manglende HR til at øge med stigende træningsintensitet; ændre i hjerterytme med symptomer; emne anmodninger om at stoppe; emnet imitere eller svær træthed er observeret; test udstyr ikke fungerer korrekt.
    9. Ved ankomsten til udmattelse, Fortsæt til opvågningsfasen: drop modstanden mod den oprindelige arbejdsbyrde og instruere emnet fortsat at cykle i en anden 2 min.
    10. Tegne en anden 5 mL af blod fra patient (post øvelse blod draw) via antecubital venepunktur.
    11. Direkte emne at vende tilbage i 3 h, og 24 timer efter afslutningen af testen for yderligere 5 mL blod trækker. Instruere emnet at ikke deltage i yderligere øvelse indtil afslutningen af 3rd post øvelse blod tegne på 24 h.
      Bemærk: Disse var de tid point valgt for denne undersøgelse at vurdere tid linjen af ændringer i immunceller. Spørgsmål og parametre af interesse vil diktere Hvornår prøvetagning skal foregå.
  3. Submaximal cykling steady-state-udholdenhedsprøve — besøg 2
    1. Fuldfør trin 1 til kalibrering, 3.1 for ECG forberedelse, 3.2.1 til cykel montering og 3.2.2 for panden puls oximeter installation.
    2. Anmeld motion testprocedure med emnet. Oplyse om, at de vil cykling i 45 min, men i modsætning til anstrenger test, de vil kun blive bedt om at trække vejret gennem mundstykket med næse klippet for sektioner af test og ikke løbende.
      Bemærk: Som med anstrenger test, HR og rytme vil blive løbende overvåget af 12-aflednings-EKG. SpO2 vil blive løbende overvåget med pulsoximeter.
    3. Trække 5 mL af venøs blodprøve fra antecubital vene (baseline udholdenhed submaximal motion blod draw) før testen påbegyndes.
    4. Instruere emnet at forstå mundstykket af munden og lægger næsen klip.
    5. Begynde dataindsamling, og derefter starte øvelsen-protokollen. Pålægge deltageren til at begynde at træde i pedalerne, og bede dem om at nå en pedal sats mellem 60 og 80 omdrejninger.
      Bemærk: For denne undersøgelse udholdenhed steady-state protokol er 45 min med en 3-5 min varme op på 50 W. Efter warmup, watt forhøjes til 60% af fagets maksimal arbejdsbelastning bestemmes fra besøg 1. Dette er forskelligt fra besøg 1 i, at arbejdsbyrden er konstant og bout er indstillet til en bestemt varighed, i stedet for at øge arbejdsbyrden, indtil peak VO2 er nået.
    6. Måle BP (brug den samme tekniker som før) og spørge emne til betænkningen anstrengelse niveau intermitterende (hver 3-5 min) i hele øvelsen.
    7. Instruere emnet at frigive talerør fra de 10th min til 25th min, og igen fatte talerør fra de 25th min 30th min og under sidste 5 min af 45 min bout (40th min til 45th min).
      Bemærk: Gas udveksling metrics er periodisk overvåges, når emnet er på mundstykket; periodisk overvågning sker som mundstykket kan være tør og ubehagelig for emnet når de anvendes i længere perioder. Da målet for denne type af motion test er at få emnet nå angivne træningsintensiteten og derefter holde at som en steady-state, fagets luftskiftet ikke skal overvåges løbende, medmindre det er en primære resultat foranstaltning. I forbindelse med denne undersøgelse var stimulien, og ikke resultatet af interesse.
    8. Sikre, at testen er fortsat på et steady-state ved at overvåge følgende målinger:
      1. Kontroller, at VO2 ikke har øget betydeligt (+/-5 mL/min/kg) når emnet er tilbage på mundstykket.
      2. Kontroller, at fagets HR ikke stige med mere end 5 bpm.
      3. Observere for emnet vises træt, eller at hans/hendes ÅV rating er stigende.
    9. Drop arbejdsbyrden ved ~ 5-10% for at sikre færdiggørelse af 45 min cykling, hvis nogen af de ovennævnte opstår.
    10. Efter 45 min, instruere deltager til at fuldføre en 2 min opsving periode af let pedalerne, og derefter tegne 5 mL af veneblod (post øvelse blod draw).
    11. Give samme post behændighedsøvelse instruktionerne som besøg 1 dvs., ikke engagere sig i motion indtil efter 24 h tid pege og vende tilbage til laboratoriet for blod trækker 3 h og 24 h post øvelse.

4. blod analyse

  1. Proces blodprøver til analyse.
    Bemærk: Potentielle metoder kan omfatte, men er ikke begrænset til, flowcytometri af cirkulerende leukocytter, cytokin analyse af plasmaprøver og/eller leukocyt gen expression analyse. Optimale tidspunkter kan desuden skal bestemmes empirisk.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Anvendelsen af maksimal eller submaximal udholdenhed øvelse test giver en stimulus eller stressor, hvor kroppen reagerer for at imødekomme de øgede fysiologiske krav. Forskellige former for motion kan bruges til at sammenligne de fysiologiske og biologiske svar til en bestemt øvelse af sig selv, eller når et stof/intervention bruges, eller at vurdere forskelle i svarene mellem forskellige øvelse belastninger. Maksimal og udholdenhed øvelse belastninger varierer i varighed (henholdsvis kort/lang) og intensitet (høj/lav henholdsvis), mens tilstanden (dvs. cykling), holdes konstant. Når du udformer en undersøgelse med motion test, er det vigtigt for at fastlægge hvad målene for brugen af motion er og hvilken type svar ønskes. Tabel 1 fremhæver forskelle og ligheder mellem submaximal udholdenhed og anstrenger test, men forskere skal også være bevidste om virkningerne forskellige modaliteter af øvelse vil have på de parametre, der er ved at blive evalueret. I en anstrenger stigninger test, hvor efterspørgslen eller motion intensitet øges hele tiden med i arbejdsbyrde (modstand/watt på en cykel eller hastighed og/eller klasse på et løbebånd) kardiopulmonale og metaboliske respons (puls, slagtilfælde volumen, ventilation, forbrug af ilt og kuldioxid produktion) også løbende øge (figur 1A). Derimod under en submaximal udholdenhed øvelse test efterspørgslen er steget fra, i hvile, men er rejst til fast træningens intensitet. Som sådan, det kardiopulmonale svar har en indledende stigning, men derefter plateauer som kroppen tilpasser sig for at imødekomme den konsekvente efterspørgsel (figur 1B). Forskellen i intensiteten og efterspørgslen mellem maksimal og submaximal udholdenhed øvelse test fremgår også, når du gennemgår ændringer i rating af opfattet anstrengelse (ÅV) og respiratoriske ombytningsforhold (RER) over de respektive udøve bout som skøn brændstof til at forsyne kroppen med energi. I en anstrenger test øges ÅV og RER støt indtil slutningen af test (figur 2A), hvor i en submaximal udholdenhed øvelse teste disse parametre vil plateau (figur 2B).

Selvom det ikke nødvendigt, kan det være gavnligt at udføre en lunge funktionstest inden du udfører en øvelse test. Motion fremkalder en reaktion, kardiale og pulmonale og ydeevne under motion test kan være begrænset af metabolisk funktion og hjertet, lunger eller begge evne til at reagere. Når vurdere, om der er en pulmonal begrænsning, er det nyttigt at vide hvile pulmonal funktion, som kan identificere obstruktiv eller restriktive begrænsninger gennem den langsomme vital kapacitet (SVC) og tvungen vital kapacitet (FVC) manøvrer. Udfører den maksimale frivillige ventilation (MVV) manøvre for at bestemme respiratorafhængige kapacitet er nyttigt, da dette kan derefter bruges til at bestemme hvor meget respiratorafhængige reserve er til stede, eller hvis enkelt trænger ind på deres respiratorafhængige grænser. Denne værdi kan imidlertid også vurderes fra FEV1. Før du udfører pulmonal funktion test, bør man gennemgå de standardiserede metoder for spirometri fra American Thoracic Society og europæiske respiratoriske samfund16,17.

Figure 1
Figur 1: Gas udveksling og puls Data for maksimal og Submaximal udholdenhed øvelse Tests. Observeres fysiologiske ændringer som reaktion på stigende arbejdsbyrde (modstand i watt) i maksimal test (A) og ændringer i en udholdenhedsprøve (over tid) (B). Paneler viser en ændring i iltforbruget (VO2, åben nedadgående trekanter), CO2-produktion (VCO2, sorte trekanter) på venstre y-akse og ventilation (VE, sorte cirkler) og puls (HR, grå cirkler) på højre y-akse. Peak iltforbrug (VO2 Peak) og test varighed eller udholdenhed submaximal arbejdsbyrde er angivet på hvert panel figur. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Parametrene for træningens intensitet for maksimal og udholdenhed øvelse Tests
To paneler viser ændringen i rating af opfattet anstrengelse (ÅV, asterisk) på venstre y-akse og respiratoriske ombytningsforhold (RER, sort nedadgående trekant) på højre y-akse som reaktion på stigende arbejde (watt) for maksimal motion test (A) og tid (min) for den submaximal udholdenhedsprøve (B) på x-aksen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Anstrenger Test Ligheder Submaximal motion udholdenhedsprøve
– Målet varighed 10-20 min -HR løbende overvåges – Varighed 30 + min
– Stigende intensitet: ramping eller faser -BP målt med jævne mellemrum – Steady state, ønskede intensitet valgt og afholdt
-Gas udveksling løbende overvåges – ÅV målt -Intermitterende gas udveksling overvågning
– HR, VO2, VCO2 og VE støt stigende med stigende arbejdsbyrde – Pulsoximetri løbende overvåges – HR, VO2, VCO2 og VE plateau og arbejdsbyrde er faldet hvis begynder at stige som mål er at holde disse konstant
– RER er ≥ 1.1 -RER forbliver under < 1,0
-Enden målinger bliver den maksimumsgrænse, som det enkelte organ kan producere (HR, VO2, VCO2, VE, arbejdsbyrde, osv.) -I slutningen målinger vil være i procent af den maksimumsgrænse, som det enkelte organ kan producere (HR, VO2, VCO2, VE, arbejdsbyrde, osv.). Procentdel er dikteret af intensiteten af submaximal motion og/eller varighed
– For at vide, hvilken procentdel af maksimale er en anstrenger test skulle der udføres normalt på et tidligere besøg
VO2: iltforbrug; VCO2: CO2-produktionen; VE: ventilation; HR: puls; RER: respiratorisk ombytningsforhold

Tabel 1: sammenligning af maksimal og Submaximal udholdenhed øvelse Tests. Tabellen viser forskelle og ligheder mellem de to motion, beskrevne prøver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Der er store muligheder for motion til at indgå som et supplement/alternativ terapeutisk værktøj. Faktisk, en nye række indicier tyder stærkt på, at fysisk aktivitet fremmer godt helbred. Brugen af motion som en medicin eller diagnostic værktøj ville kræve en forståelse af den rigtige mængde eller "dosis" af motion for at opnå den ønskede virkning. Den optimale dosis af motion bør vurderes, da for meget motion kan være til skade for bedre sundhed. Som sådan, kan en øvelse regime skal være skræddersyet til hver enkelt til at opnå det optimale udbytte af motion. Med henblik herpå skal de variabler, der bidrager til arten af de forskellige svar at udøve forstået og kontrolleret. Standardiserede metoder at udøve test vil derfor være kritiske i flytte feltet frem.

Den bedste metode til normalisering træningsintensiteten for submaximal motion test bør fortsat være genstand for debat. Vi har valgt at bruge 60% af maksimal arbejdsbyrden opnåede, men procentdel af VO2max/peak, HRmax eller HRRmax er almindeligt anvendt til ordination af motion uddannelse intensitet zoner19. Mere nylig, andre metoder er blevet foreslået som værende mere effektiv til normalisering træningsintensiteten for forskning. Et af dem værende procentdel delta koncept, hvor intensiteten er indstillet til en bestemt procentsats af forskellen mellem gas udveksling tærskel og VO2max og har vist sig at give mere konsekvent mellem emne svar til udholdenhed submaximal motion test end ved hjælp af en procentdel af VO2max20. En anden metode til cykling punktafgifter test er kritisk strømniveau (CP), som beskriver power output, der svarer til tærsklen træthed. På dette tidspunkt er kardiopulmonale og metaboliske reaktioner mest synkroniserede eller samlet. Når øvelsen udføres under denne tærskel, perifere træthed ikke begrænser varigheden øvelsen kan udføres og træningsintensiteten kan stabiliseres. På den anden side ovenfor CP, den mængde arbejde, der kan gøres eller W' kan identificeres og varighed indtil W' er opbrugt kan være forudsagt21. Det bedste valg for, hvordan at bestemme submaximal træningsintensiteten forbliver endnu skal fastlægges, men mange i feltet motion fysiologi bevæger sig væk fra de ældre metoder og bevæger sig mod en af nyere metoder beskrevet. Den protokol valgt afhænger af undersøgelsen og de primære resultater evalueres. Derudover i denne undersøgelse blev periodisk overvågning af luftskiftet valgt til at gøre testen mere komfortabel for deltagerne, som vejrtrækning på et talerør i lange perioder er ubehageligt på grund af mundtørhed. Spyt kan akkumulere og holde mundstykket i munden kan være trættende for kæberne. Da det primære resultat var en ændring i perifert blod leukocytter og ikke en ændring i kardiopulmonal svar på submaximal udholdenhedstræning, var periodisk overvågning af luftskiftet at sikre, at motion test forblev på steady-state tilstrækkelig.

Vi har skitseret standardiseret motion protokoller, men kan tages yderligere skridt forud for motion test yderligere at forbedre sammenhængen i og reproducerbarhed af motion test resultater. For eksempel har den samme tekniker udføre alle blodtryksmålinger for en bestemt undersøgelse, eller som minimum have den samme tekniker måle et emne over flere gentagne tests. For det andet bør en korrekt kalibrering af alle testudstyr, især den metaboliske analyzer, udføres før hvert forsøg. Endelig bør variabiliteten af befolkningens emne og hvordan dette vil ændre individuel respons og sammenligninger mellem enkeltpersoner betragtes og minimeret. Dette kan afbødes på flere måder gennem begrænsning af brugen af stimulanser (dvs. koffein), og kontrollerende fødeindtagelse og motion før afprøvning og også at sikre, at emnerne er veludhvilet. Forsøgsbetingelser (udstyr, stuetemperatur, tid på dagen, etc.) bør holdes konsekvent, hvis testene skal gentages. I nogle scenarier, har kvindelige deltagere komplet test på en bestemt fase af deres menstruationscyklus (fx tidlige follikulære fase) er også en vigtig kontrol. Derudover vil forskeren skal beslutte, hvis de vil tillade kosttilskud og medicin skal tages, som disse kan ændre svar til at udøve. Selvom der kan være yderligere variabler til kontrol for i en særlig undersøgelse, anbefales det, at disse foranstaltninger indarbejdes i enhver undersøgelse design med motion test.

Motion regimer beskrevet her kan udnyttes til at studere fysiologiske svar til akut øvelse. Vi har tidligere brugt denne metode til at forstå immunologiske forandringer hos raske personer i to forskellige Motion regimer14. Vi indsamles blodprøver før motion test med tre blodprøver indsamlet på forskellige tidspunkter efter træning. Mens både maksimal og udholdenhed motion regimer førte til en hurtig ophobning af flere leukocyt populationer, maksimal regime føre til en større stigning på de fleste leukocyt delpopulationer umiddelbart efter afprøvning blev udført. Vi fandt også, at CD56+CD16+ naturlige dræberceller steget mest umiddelbart efter træning, men CD15+ granulocytter havde en forsinket reaktion af toppede som tre timer post øvelse. Som det er velkendt, at perifert blod leukocytter hurtigt ophobes i omløb efter motion (revision af Freidenreich og Volek22), viste vores undersøgelse, at kinetik af mobilisering er helt anderledes og celle type specifikke. Naturlige dræberceller (NK) celler og CD8+ cytotoksiske T-celler synes at være den mest påvirket ved øvelse23, men andre befolkningsgrupper, herunder myeloide celler og B-celler også øge til en vis grad. Mens mange studier har fokuseret på akutte virkninger af enkelt motion begivenheder, er langsgående uddannelse-baseret træning regimer sandsynligvis behov for at give yderligere indblik i hvordan motion påvirker langsigtede immunologiske ydeevne.

De protokoller er beskrevet her give en standardiseret metode til at indarbejde Motion regimer for biologiske og fysiologiske reaktioner. Disse protokoller kan let modificeret til både enkelt øvelse tester såvel som langsigtet langsgående flere test. Fysiologisk målinger kan omfatte, men er ikke begrænset til, puls, blodtryk, iltforbrug og body mass index (BMI). Biologiske svar kan måles fra en bred vifte af enheder herunder perifert blod, spyt, urin og sved. Fra disse prøver, kan flere samtidige analyser skal udføres via flowcytometri cellulære sammensætning, proteomics analyser, gene expression arrays eller andre typer af biokemiske og molekylær tilgange. Ud over forståelsen ændringer i sammensætningen af perifert blod leukocytter, har andre set på plasma markører for inflammation24, cytokiner25, og hvordan uddannelsen regimer kan bruges til at ændre udøves-inducerede ændringer26 . Taget sammen, standardiserede protokoller tillader måling af fysisk aktivitet af forskellig varighed og intensiteter med tilhørende fysiologiske parametre på en bestemt måde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer, at de har ingen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Undersøgelsen blev finansieret af Mayo Clinic Institut for laboratoriet medicin og patologi og andre forskellige interne kilder.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. World Health Organization. Physical Activity. Available from: http://www.who.int/dietphysicalactivity/pa/en/ (2018).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Sui, X., et al. Cardiorespiratory fitness and adiposity as mortality predictors in older adults. JAMA. 298, (21), 2507-2516 (2007).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. American College of Sports Medicine. ACSM's guidelines for exercise testing and prescription. Lippincott Williams & Wilkins. (2013).
  14. 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).
  15. Freidenreich, D. J., Volek, J. S. Immune responses to resistance exercise. Exercise Immunology Review. 18, 8-41 (2012).
  16. 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).
  17. Gustafson, M. P., et al. A method for identification and analysis of non-overlapping myeloid immunophenotypes in humans. PLoS One. 10, (3), e0121546 (2015).
  18. Miller, M. R., et al. Standardisation of spirometry. European Respiratory Journal. 26, (2), 319-338 (2005).
  19. Miller, M. R., et al. General considerations for lung function testing. European Respiratory Journal. 26, (1), 153-161 (2005).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
Gennemføre maksimal og Submaximal udholdenhedstræning test for at måle fysiologiske og biologiske svar til akut øvelse i mennesker
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Wheatley, C. M., Kannan, T., Bornschlegl, S., Kim, C. h., Gastineau, D. A., Dietz, A. B., Johnson, B. D., Gustafson, M. P. Conducting Maximal and Submaximal Endurance Exercise Testing to Measure Physiological and Biological Responses to Acute Exercise in Humans. J. Vis. Exp. (140), e58417, doi:10.3791/58417 (2018).More

Wheatley, C. M., Kannan, T., Bornschlegl, S., Kim, C. h., Gastineau, D. A., Dietz, A. B., Johnson, B. D., Gustafson, M. P. Conducting Maximal and Submaximal Endurance Exercise Testing to Measure Physiological and Biological Responses to Acute Exercise in Humans. J. Vis. Exp. (140), e58417, doi:10.3791/58417 (2018).

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