Summary
Per valutare l'influenza dell'intensità dell'esercizio sulle risposte fisiologiche e biologiche, sono stati utilizzati due differenti protocolli di test. Metodi che delinea la prova di esercizio su un cicloergometro come una prova del consumo di ossigeno massimo incrementale e la resistenza, prova di resistenza submassimale allo stato stazionario sono descritti.
Abstract
Un'attività fisica regolare ha un effetto positivo sulla salute umana, ma i meccanismi che controllano questi effetti rimangono poco chiari. Le risposte fisiologiche e biologiche all'esercizio acuto sono influenzate principalmente dalla durata e l'intensità del regime di esercizio. Come esercizio è sempre più considerato come un trattamento terapeutico e/o strumento diagnostico, è importante che metodologie standardizzabili essere utilizzate per comprendere la variabilità e per incrementare la riproducibilità dei risultati di esercizio e misure di risposte a tali regimi. A tal fine, descriviamo due diversi regimi di esercizio in bicicletta che producono output fisiologiche differenti. In una prova, l'intensità dell'allenamento è continuamente aumentato con un maggiore carico di lavoro conseguente a una crescente risposta cardiopolmonare e metabolica (frequenza cardiaca, volume sistolico, ventilazione, consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica). Al contrario, durante le prove di esercizio di resistenza, la domanda è aumentata da quello a riposo, ma viene generata ad un'intensità di esercizio submassimale fisso conseguente a una risposta cardiopolmonare e metabolica che in genere altipiani. Insieme con i protocolli, forniamo suggerimenti sulla misurazione fisiologiche uscite che includono, ma non sono limitati a, frequenza cardiaca, capacità vitale lenta e forzata, metriche di scambio di gas e la pressione sanguigna per consentire il confronto delle uscite di esercizio tra studi. Biospecimens possono essere campionati quindi per valutare le risposte di espressione cellulare, proteine, e/o gene. Nel complesso, questo approccio può essere facilmente adattato in entrambi effetti a breve e a lungo termine di due regimi di esercizio distinti.
Introduction
L'attività fisica è definito come qualsiasi movimento del corpo prodotta dai muscoli scheletrici che richiedono energia spesa1. L'esercizio fisico è un'attività fisica che coinvolge il movimento ripetitivo del corpo fatto per migliorare o mantenere uno o più componenti di salute fisica2. In una sola volta, l'attività fisica non era consigliato per coloro che sono stati gravemente malato. Per gli individui con cancro, insufficienza cardiaca, o anche per coloro che erano incinte, riposo a letto è stato preferito nel corso di attività fisica. Pratica clinica ha drasticamente cambiato, come i benefici dell'esercizio sulla salute in generale stanno diventando innegabile3. L'esercizio fisico regolare è stato indicato per ridurre il rischio di malattie cardiovascolari, mortalità per qualsiasi causa, il rischio di cancro e ipertensione, migliorare il controllo glicemico, facilitare la perdita di peso o di manutenzione e impedire dell'osso e del muscolo perdita4,5 ,6,7,8.
I benefici estesi dell'esercizio ora hanno portato molti a utilizzare esercizio come un tipo di "medicina" e un'alternativa o Aggiunta opzione di trattamento per una varietà di condizioni3. Shulman et al. ha dimostrato che una combinazione di tapis roulant e resistenza esercizio potrebbe comportare miglioramenti nella velocità di andatura, la capacità aerobica e la forza muscolare che potrebbe migliorare il controllo del motore e la qualità complessiva della vita in pazienti con malattia di Parkinson9 . In pazienti con insufficienza cardiaca, intolleranza all'esercizio e interventi farmaceutici inadeguati contribuiscono a una scarsa qualità di vita10. Risultati iniziali da pazienti con scompenso cardiaco in fase di addestramento di esercizio nel HF-azione prova ha dimostrato miglioramento nella qualità della vita e riduzione dei ricoveri e mortalità11. Inoltre, l'applicazione dell'esercizio per alterare gli effetti cardiotossici di chemioterapia contenenti antracicline (ad es., doxorubicina) ha dimostrato che indipendentemente da quando è iniziato per quanto riguarda la chemioterapia i pazienti amministrazione (prima, durante o dopo), esercizio può fornire gli effetti benefici come riducendo il declino nella capacità aerobica, attenuando la disfunzione ventricolare di sinistra e ossidativo danno12.
I benefici dell'esercizio in salute e benessere non sono solo nella sua applicazione come farmaco/trattamento, ma anche come strumento diagnostico. La prova di esercizio è, ad esempio, utilizzata per diagnosticare l'intolleranza di esercitazione, ischemia nel cuore, o per capire la causa della brevità di alito13. Forse ancora più importante, la prova di esercitazione può essere utilizzata per identificare la disfunzione subclinica. Il corpo umano è nella maggior parte delle situazioni "overbuilt", tale disfunzione o patofisiologia spesso possa rimanere nascosti e unapparent ad un individuo per mesi o anni. Questa osservazione potrebbe spiegare perché condizioni come l'ipertensione arteriosa polmonare o cancro del pancreas in silenzio possono aumentare la gravità tale che con il tempo i sintomi sono notati, queste condizioni tendono ad essere molto avanzato ed estremamente difficile da trattare2 . In alcune di queste situazioni, la prova di esercitazione può fornire uno stimolo di stress per il corpo che aumenta la domanda di cui sopra che della vita quotidiana e a volte possa identificare la disfunzione (cardiache, respiratorie, metaboliche) che non è stato visto a riposo, aiutando a diagnosticare una malattia e iniziare il trattamento precedente.
Al fine di massimizzare il potenziale terapeutico e diagnostico di esercizio, metodi standardizzati per quantificare le risposte all'attività fisica sono necessari per valutare con precisione i contributi di esercizio per la salute nel complesso immune. Variazioni nel carico di lavoro, inclinazione, durata, tipo di esercizio e la tempistica della raccolta del campione possono tutte le misurazioni di influenza di risposte fisiologiche. Qui, descriviamo metodi per esercizi di resistenza massima e submassimale raccogliere dati fisiologici durante la raccolta di campioni per risposte biologiche. Questa metodologia è stata utilizzata per capire quanto acuta esercizio interessato la distribuzione e la frequenza delle popolazioni leucocitarie nel periferico del sangue14 misurando popolazioni delle cellule immuni a vari intervalli di tempo, prima e dopo l'esercizio, tramite flusso cytometry con protocolli di flusso di 10 colori che consentono la quantificazione di tutti i sottoinsiemi principali del leucocita contemporaneamente15. Il seguente protocollo utilizzabile come un metodo standardizzato per due regimi di esercizio distinti per misurare le risposte fisiologiche e biologiche di esercitare.
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Protocol
Il protocollo è stato approvato da Mayo Institutional Review Board e conformato per la dichiarazione di Helsinki. Tutti i partecipanti forniti scritto consenso informato prima di partecipare il test descritto.
1. taratura e installazione del carrello metabolico
- Flusso e volume (pneumotach) calibrazione
Nota: Attrezzature e materiali specifici sono elencati nella Tabella dei materiali.- Aprire la funzione polmonare e il software di scambio di gas per calibrare per il test.
- Fare clic sul pulsante "Calibra" per aprire la finestra di calibrazione. Nella parte inferiore della finestra di calibrazione, nota la temperatura ambiente, pressione barometrica e l'umidità — assicurare che questi valori siano accurati utilizzando un barometro.
- Inserire il cordone ombelicale e linea di esempio nel pneumotach e quindi inserire il pneumotach nella siringa 3 L.
- Prima di iniziare la taratura, fare clic sul pulsante "zero flusso" per assicurarsi che non ci sia nessun flusso attraversando la siringa.
- Fare clic su "start" per iniziare la calibrazione. Prelevare in primo luogo, poi iniettare. Ripetere 4 più volte (5 in totale), tranne alle portate diverse ogni volta. Mantenere una portata costante per ogni rispettivo ritiro/iniezione, quindi variare la portata per l'iterazione successiva.
- Taratura gas
- Collegare la linea di campione dal carrello analizzatore/metabolico respiratorio spettrometro di massa a gas alla porta di casa/calibrazione sul sistema.
- Nel software di funzione polmonare, selezionare la scheda di analizzatori O2Co2 nella finestra di calibrazione. Aprire il riferimento (camera aria 21% O2, 0,04% CO2) e serbatoi di gas di calibrazione (12% O2 e 5% CO2).
- Selezionare il pulsante di calibrazione.
Nota: Il software opererà le elettrovalvole del sistema metabolico carrello per passare tra i gas di riferimento e calibrazione campionati nel porto di calibrazione. Da questo, il software verrà valutata per qualsiasi offset, il ritardo a causa della lunghezza della linea di campione e il tempo di risposta 2 – 90% di campionamento. Quando la calibrazione è stata completata, verrà visualizzato un messaggio "Calibrazione completata" verde.
- Configurazione finale
- Rimuovere la riga di esempio della porta di taratura gas e reinserire il pneumotach. Quindi allegare un boccaglio sul pneumotach.
- Attendere che il soggetto ad arrivare per la prova di esercitazione.
- All'arrivo del soggetto, di comunicare loro informazioni sullo studio e quale sarà il loro coinvolgimento, rivedere il modulo di consenso con loro e lui/lei firmarlo, e come i proventi di visita continuamente discutere con loro ciò che (s) sarà facendo successivo e la spiegazione del procedure prima di fare loro.
Nota: Criteri di inclusione ed esclusione variano in base allo scopo della prova di esercizio, per questo studio quelli reclutati erano sani, non-fumatori, con no conosciuti malattia cardiopolmonare o immune e non prendendo steroidi o modulazione immune droga.
2. Test di funzionamento polmonare (PFT)
Nota: I metodi di test di funzione polmonare descritti sono un breve riassunto di quelle pubblicate dall'American Thoracic Society ed European Respiratory Society, per ulteriori dettagli fare riferimento a loro pubblicazioni16,17.
- Manovra di capacità vitale lenta (SVC)
- Indicare il soggetto di essere seduti con sciolse subito indietro e i piedi piatti sul pavimento con le gambe.
- Istruire il soggetto a mettere il suo bocca intorno al boccaglio e mordere; bene anche il soggetto con una clip naso a sigillare la cavità nasale.
- Avviare la manovra sul software. Quando si inizia la manovra, istruire il soggetto di continuare a respirare normalmente.
- Osservare la respirazione di marea del soggetto e lui/lei hanno a continuare a respirare durante l'attesa per lui/lei raggiungere un modello di respirazione stabile.
- Chiedere al soggetto di inalare al massimo e quindi espirare lentamente. Il soggetto sarà mantenere lo svuotamento il suo polmoni fino a quando essi non è più possibile espirare. Questo punto sarà evidente da un altopiano alla traccia del flusso. A questo punto, chiedere al soggetto di prendere un respiro massimo.
- Interrompere la misurazione e istruire il soggetto per rilasciare il boccaglio e rimuovere la clip da naso per prendersi una pausa, se necessario.
Nota: Un minimo di tre SVCs vengono eseguiti. Per soddisfare gli standard American Thoracic Society, devono accordarsi entro il 5% o 150 mL uno da altro per i valori di capacità inspiratoria (IC) e VC più grande. Fino a 4 manovre possono essere eseguite al fine di ottenere tre che d'accordo16,17.
- Manovra di capacità vitale forzata (FVC)
- Istruire il soggetto a cogliere il boccaglio e fissare la clip naso mentre rimanendo nella stessa posizione di seduta.
- Avviare la manovra sul software e istruire il soggetto di continuare a respirare normalmente. Garantire che il soggetto ha stabilito un modello di respirazione stabile con un minimo di quattro respiri delle maree.
- Chiedere al soggetto di respirare pienamente e rapidamente e quindi immediatamente espirare (pausa di < 1 s) più rapidamente e con forza come possibile.
- Dire al soggetto/paziente di continuare a provare e blast/spingere tutta l'aria dai suoi polmoni raggiungendo un'espirazione completa pur rimanendo in una postura eretta. Questo è visto come un altopiano nella curva volume-tempo. Chiedere loro di continuare a cercare di espirare per come possono; ideale per 6 s.
- Una volta che questo è realizzato, istruire il soggetto a prendere un respiro massimo e interrompere la manovra sul software.
Nota: Il test deve essere ripetuto almeno due volte — assicurando che accosentono entro il 5% o 150 mL di a vicenda per entrambi i due valori più grandi FVC e FEV1 . Fino a 8 manovre possono essere eseguite al fine di ottenere due che d'accordo.
- Manovra di massima ventilazione volontaria (MVV)
Nota: L'obiettivo di questa manovra è di avere il soggetto spostare quanta più aria rapidamente come possibile. Essi saranno essere allenati per cercare di prendere come grandi respiri come possibile mentre ancora respirando rapidamente.- Istruire il soggetto a cogliere il boccaglio e fissare la clip naso pur mantenendo la stessa posizione di seduta.
- Avviare la manovra sul software.
Nota: Una barra di conto alla rovescia nella parte superiore indica il numero di respiri richiesti (di solito tre) prima di dati raccolta/misurazioni iniziare. - Con un soffio di andare nel conto alla rovescia, istruire il paziente a respirare profondamente e rapidamente attraverso il boccaglio. Questo continuerà per 12 s.
- Incoraggiare il paziente durante tutta la procedura di respirare profondamente e veloce. Se il soggetto è in grado di continuare, interrompere la prova.
- Alla fine di 12 s, chiedere al paziente di riprendere la normale respirazione. Essi possono sentire luce intestate, così incoraggiarli a sedersi indietro e prendere respiri lenti e profondi.
Nota: Per la ripetibilità che del test dovrebbe essere eseguito almeno due volte e la variabilità suggerita dovrebbe essere inferiore al 20%.
3. esercizio test
- Posizionamento degli elettrodi
- Preparare la pelle per gli elettrodi di capelli rasatura dal sito posizionamento elettrodo se presente. Strofinare il sito con un tampone di alcool e poi con una spugnetta abrasiva per rimuovere tutte le cellule morte della pelle.
Nota: Elettrodo può essere posizionato una volta che questo è completato, ma essere sicuri che l'elettrodo ha adeguato gel e non è asciutta. - Dotare il soggetto con elettrodi per un elettrocardiogramma a 12 derivazioni utilizzando il seguente posizionamento elettrodi.
- Posizione elettrodi di piombo come segue: RA: lato destro subclavicular fossa; : Fossa subclavicular lato sinistro; RL: terzino destro appena sopra la spina iliaca superiore posteriore; LL: il terzino sinistro appena sopra la spina iliaca superiore posteriore
- Posizione derivazioni precordiali come segue: V1: destra dello sterno nel 4 ° spazio intercostale; V2: sinistra dello sterno nel 4 ° spazio intercostale (in linea con V1); V3: lato sinistro direttamente tra V2 e V4; V4: lato sinistro nel 5 ° spazio intercostale alla linea emiclaveare (in genere sotto al seno/capezzolo); V5: posizionare orizzontalmente con V4 sulla linea ascellare anteriore (giù dal bordo dell'ascella (il popolare ascellare anteriore del braccio superiore); V6: posto orizzontalmente con V4 e V5 sulla riga centrale ausiliaria.
- Preparare la pelle per gli elettrodi di capelli rasatura dal sito posizionamento elettrodo se presente. Strofinare il sito con un tampone di alcool e poi con una spugnetta abrasiva per rimuovere tutte le cellule morte della pelle.
- Prova di ciclismo massimo incrementale — visita 1
Nota: Esecuzione di un test sotto sforzo massimale viene fornito con rischi. L'American College of Sports Medicine delinea come identificare gli individui che sono a più alto rischio per un evento avverso durante il test13. Chi sarebbe considerato di avere un rischio significativo: noti di malattia cardiovascolare, polmonare e/o metabolica; principali sintomi: dolore al petto, mancanza di respiro (SOB) a riposo o con sforzo lieve, vertigini o sincope, ortopnea, edema della caviglia, palpitazioni o tachicardia, claudicatio intermittens, soffio al cuore di noto, stanchezza inusuale o SOB con attività abituali; o almeno due della malattia cardiovascolare rischi fattori: storia della famiglia di infarto miocardico o morte improvvisa, età (maschi ≥ 45, donne ≥ 55), attuale fumatore, stile di vita sedentario (< 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), ipertensione (pressione sanguigna sistolica (SBP) ≥ 140 mmHg o pressione diastolica (DBP) ≥ 90 mmHg), dislipidemia (colesterolo totale ≥ 200 mg/dL; LDL ≥ 130 mg/dL; HDL < 40="" mg/dl,="" or="" on="" lipid="" lowering="" medication),="" prediabetes="" (fasting="" blood="" glucose=""> 100 mg/dL). Tutti i test di esercizio massimo deve essere eseguita sotto la supervisione di un professionista sanitario addestrata in prova, con almeno due persone presenti, uno per monitorare l'ECG e l'altra per essere prendendo le pressioni sanguigne e monitoraggio del paziente clinico di esercizio. Per coloro che sono a rischio più elevato, un medico dovrebbe essere presente anche durante la prova, mentre in quelli che sono a basso rischio, il test può essere eseguito senza un medico presente; è preferibile avere il medico nelle vicinanze e disponibile immediatamente se necessario. Il personale che esegue il test dovrebbero avere vita base di supporto con un defibrillatore automatico esterno (AED) in camera e almeno uno o più addetti performanti dovrebbero avere vita cardiaca anticipo sostenere la formazione. Quelli che eseguono il test dovrebbe conoscere il piano per rispondere ad un'emergenza medica e i numeri di contatto appropriati.- Montare il soggetto alla moto assicurandosi che la sella e il manubrio è posizionati comodamente.
Nota: Il suggerimento generale per altezza del sedile è tale che la gamba ha una leggera curva nella parte inferiore della pedalata e il sedile deve essere regolato orizzontalmente, così che quando la pedivella è parallela al suolo il ginocchio dovrebbe cadere sopra i metatarsi che dovrebbero essere o ver l'asse del pedale. Il manubrio deve essere alla stessa altezza come il sedile o leggermente più in alto e abbastanza vicino in modo che il soggetto ha una leggera curva in loro gomiti. La posizione del manubrio dipenderà l'esperienza del pilota, i ciclisti più esperti vorranno più essere piegati, dove sono coloro che non fare bici spesso preferiscono una posizione più eretta. - Posto un ossimetro di impulso sulla fronte del soggetto. La posizione di collocamento, pulire con un batuffolo imbevuto di alcool per rimuovere qualsiasi trucco o sporco, ecc e fissarlo alla fronte con una fascia.
- Rivedere la procedura di prova di esercizio con il soggetto. Informare il soggetto che dovranno respirare attraverso il boccaglio per tutta la durata del test e respirare solo attraverso la sua bocca, come il naso sarà collegato con la clip del naso.
Nota: Utilizzando un boccaglio e naso clip non è l'unica opzione; le maschere sono disponibili che coprono il naso e la bocca che consente al partecipante di respirare attraverso la bocca o il naso18. Metriche di scambio di gas sono continuamente misurate e registrate tramite il software di funzione polmonare. Ritmo e frequenza cardiaca (HR) sarà essere continuamente monitorati dall'elettrocardiogramma a 12 derivazioni (ECG). Saturazione periferica dell'ossigeno (SpO2) sarà continuamente monitorata con il pulsossimetro. Questi segnali esterni (HR, SpO2) possono essere collegati al carrello metabolico così che tutte le misurazioni sono documentate insieme. Se ciò non fosse possibile, HR e SpO2 devono essere registrati su un foglio di lavoro ogni minuto. - Disegnare un campione da 5 mL di sangue dalla vena antecubitale (tiraggio del sangue di esercizio della linea di base).
- Dopo 2 minuti di riposo, iniziare la raccolta dei dati. Avviare il protocollo di esercizio, quindi indicare al partecipante di iniziare a pedalare. Chiedere loro di raggiungere un tasso di pedale tra 60 e 80 rpm.
Nota: Per questo studio, il protocollo di prova sotto sforzo massimale utilizzato era che un carico di lavoro iniziale di 50 W con 30 W incrementa ogni 2 min. Il protocollo utilizzato può variare a seconda la popolazione e gli obiettivi del test. Per gli individui più anziani o popolazioni di pazienti, la prima fase può essere eseguita scaricata per consentire gli individui ottenere le gambe in movimento prima dell'aggiunta di resistenza. In più giovani individui sani, questo non è solitamente necessario come 50 W è un carico di lavoro abbastanza basso per riscaldarsi. Pedalata a 0 W, mantenendo la velocità desiderata pedale è in realtà più complessa rispetto a partire con resistenza fin dall'inizio. - Hanno un'assistenza tecnico misurazione della pressione arteriosa (BP) 1 min in ogni fase, mentre un secondo tecnico assiste con il test. Quindi chiedere al soggetto di valutare il suo livello di sforzo della scala di Borg valutare di percepito lo sforzo (RPE) dove 6 indica che lo sforzo è percepito come facile (come (s) egli è seduti/in piedi non fare nulla) e 20 indica che lo sforzo percepito è presso la lavoro più duro che si può immaginare di fare18. Prendere una stampa di ECG 12 derivazioni entro gli ultimi 30 secondi di ogni tappa.
- Continuare il test fino ad esaurimento del soggetto, che è indicato dalla presenza di almeno due delle seguenti si verificano: quando 60-80 giri sulla moto non può più essere mantenuta, VO2 del soggetto altipiani e non aumenta con un aumento del carico di lavoro, il suo rapporto di cambio delle vie respiratorie (RER) è uguale o maggiore di 1.1 – 1.2, e/o i soggetti rating di sforzo percepito (RPE) ≥ 18.
- Interrompere il test se si verifica una delle seguenti13: inizio dei sintomi di dolore di angina o petto; Drop in SBP di ≥ 10 mmHg con un aumento nel lavoro; eccessivo aumento in BP: SBP > 250 mmHg e/o DBP > 115 mmHg; shortness di alito, wheezing, gamba crampi, o claudicatio; segni di scarsa perfusione: sensazione di testa vuota, confusione, nausea, cianosi, pelle fredda e sudata; fallimento di HR per aumentare con l'aumento dell'intensità di esercizio; variazioni nel ritmo cardiaco con sintomi; richieste di soggetto per interrompere; oggetto vocalizza o affaticamento severo è osservato; apparecchiatura di collaudo non funziona correttamente.
- Giunti in esaurimento, procedere alla fase di recupero: eliminare la resistenza al carico di lavoro iniziale e istruire il soggetto a continuare a ciclo per un altro 2 min.
- Disegnare un altro 5 mL di sangue dal paziente (prelievo di sangue post esercizio) tramite iniezione in vena antecubitale.
- Diretto al soggetto di tornare in 3 h e 24 h dopo il completamento del test per il sangue di ulteriori 5 mL disegna. Istruire il soggetto a non partecipare a ulteriore esercizio fino al completamento del 3rd post esercizio sangue disegnare a 24 h.
Nota: Questi erano i punti di tempo scelti per questo studio valutare la linea del tempo dei cambiamenti in cellule immuni. Le domande e i parametri di interesse detterà quando campionamento dovrebbe verificarsi.
- Montare il soggetto alla moto assicurandosi che la sella e il manubrio è posizionati comodamente.
- Prova di ciclismo submassimale resistenza allo steady-state — visita 2
- La procedura 1 per la calibrazione, 3.1 per la preparazione di ECG, 3.2.1 per montaggio bici e 3.2.2 per installazione di fronte impulso ossimetro.
- Rivedere la procedura di prova di esercizio con il soggetto. Informare il soggetto che essi sono in giro per 45 min, ma a differenza la prova sotto sforzo massimale, verrà chiesto solo di respirare attraverso il boccaglio con il clip nasale per sezioni di prova e non continuamente.
Nota: Come con il test di esercizio massimo, HR e ritmo continuamente monitorerà l'ECG a 12 derivazioni. SpO2 sarà continuamente monitorato con il pulsossimetro. - Disegnare 5 mL di campione di sangue venoso dalla vena antecubitale (tiraggio del sangue della linea di base resistenza esercizio submassimale) prima di iniziare il test.
- Chiedere al soggetto di cogliere il boccaglio dalla bocca e fissare la clip del naso.
- Iniziare la raccolta di dati e quindi avviare il protocollo di allenamento. Indicare al partecipante di iniziare a pedalare e chiedere loro di raggiungere un tasso di pedale tra 60 e 80 rpm.
Nota: Per questo studio il protocollo di resistenza allo steady-state è 45 min con un min di 3 – 5 caldo fino a 50 w. A seguito di riscaldamento, la potenza è aumentata al 60% del carico di lavoro massimo del soggetto determinato dalla visita 1. Questo è diverso da visita 1 in quanto il carico di lavoro è costante e l'incontro è impostata per una durata specifica, piuttosto che aumentare il carico di lavoro fino a quando non viene raggiunto il picco VO2 . - Misurare BP (come prima uso lo stesso tecnico) e chiedere al soggetto a livello di sforzo di relazione a intermittenza (ogni 3-5 min) durante l'esercizio.
- Istruire il soggetto per rilasciare il boccaglio dai 10 min dith per 25minth e ri-afferrare il boccaglio da 25 min dith th 30min e durante ultimi 5 min di 45 min bout (40minth a 45 minth ).
Nota: Metriche di scambio di Gas in modo discontinuo monitorati solo quando il soggetto è sul boccaglio; Monitoraggio intermittente è fatto come il boccaglio può essere asciutto e scomodo per il soggetto quando viene utilizzato per lunghi periodi di tempo. Poiché l'obiettivo di questo tipo di prova di esercitazione è di avere il soggetto raggiungere intensità di esercizio specificato e quindi tenere che come uno stato di costante, lo scambio di gas del soggetto non ha bisogno di essere continuamente monitorati a meno che non è una misura di outcome primario. Nel caso di questo studio è stato lo stimolo e non il risultato di interesse. - Assicurarsi che il test rimane in uno stato di costante monitorando le seguenti metriche:
- Controllare che il VO2 non ha aumentato significativamente (+ /-5 mL/min/kg) quando il soggetto è tornato sul boccaglio.
- Verifica che HR del soggetto non aumenta di più di 5 bpm.
- Osservare per il soggetto che appare stanco o che il suo voto di RPE è in aumento.
- Cadere il carico di lavoro di ~ 5 – 10% per il completamento di 45 min di escursioni in bicicletta, se quanto sopra si verifica.
- Dopo 45 min, istruire il partecipante per completare un periodo di recupero di 2 minuti di pedalata facile e quindi disegnare 5 mL di sangue venoso (prelievo di sangue post esercizio).
- Dare le stesse istruzioni di esercizio post come in visita 1 vale a dire, non impegnarsi in esercizio fino a dopo il tempo di 24 h punto e tornare al laboratorio per sangue disegna 3 h e h 24 post esercizio.
4. analisi del sangue
- Campioni di sangue di processo per l'analisi.
Nota: Potenziali metodi possono includere, ma non sono limitati a, citometria a flusso di circolazione leucociti, citochina analisi di campioni di plasma e/o analisi di espressione genica del leucocita. Inoltre, punti di tempo ottimale potrebbero essere necessario essere determinata empiricamente.
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Representative Results
L'applicazione di test da sforzo massima o submassimale resistenza fornisce uno stimolo o fattore di stress in cui il corpo risponde per rispondere alle accresciute necessità fisiologiche. Varie modalità di esercizio può essere utilizzato per confrontare le risposte fisiologiche e biologiche per un particolare esercizio da solo o quando viene utilizzato un intervento della droga, o per valutare le differenze nelle risposte tra i carichi di esercizio diversi. Carichi di esercizio massima e resistenza si differenziano per la durata (rispettivamente corto/lungo) e intensità (alto/basso rispettivamente), mentre la modalità, (cioè, escursioni in bicicletta), è mantenuta costante. Quando si progetta uno studio con test da sforzo, è importante stabilire che cosa sono gli obiettivi dell'uso dell'esercizio e che tipo di risposta è desiderato. Tabella 1 evidenzia le differenze e le somiglianze tra resistenza submassimale e massima di esercizio test, ma i ricercatori devono anche essere consapevoli degli effetti differenti modalità di esercizio avrà sui parametri in corso di valutazione. In un esercizio massimo prova, dove domanda o esercizio intensità è in continuo aumento con aumenta nel carico di lavoro (resistenza/potenza su una bici o velocità e/o grado su un tapis roulant) la risposta metabolica e cardiopolmonare (frequenza cardiaca, la gittata sistolica, ventilazione, consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica) anche continuamente aumentare (Figura 1A). Al contrario, durante una prova di esercizio submassimale resistenza la domanda è aumentata da quello a riposo, ma è cresciuta a fissate l'intensità dell'allenamento. Come tale, la risposta cardiopolmonare ha un aumento iniziale, ma poi altipiani come il corpo si adatta per soddisfare la domanda coerenza (Figura 1B). La differenza di intensità e la domanda tra la prova di esercizio submassimale e massima resistenza è ravvisabile anche per recensire il cambiamento nella valutazione dello sforzo percepito (RPE) e il rapporto di cambio delle vie respiratorie (RER) sopra l'incontro del rispettivo esercizio che stima il combustibile utilizzato per la fornitura di energia al corpo. In una prova di RPE e RER aumenterà costantemente fino alla fine del test (Figura 2A), dove come in un submassimale resistenza esercizio prova questi parametri sarà altopiano (Figura 2B).
Anche se non richiesto, può essere utile eseguire un test di funzione polmonare prima di eseguire un test di esercizio. Esercizio provoca una risposta cardiaca e polmonare e le prestazioni durante la prova di esercitazione possono essere limitata dalla funzione metabolica e la capacità del cuore, polmoni o entrambi di rispondere. Nel valutare se esiste una limitazione polmonare, è utile sapere che riposa funzione polmonare che può identificare ostruttive o restrittive limitazioni attraverso la capacità vitale lenta (SVC) e capacità vitale forzata (FVC) manovre. Eseguire la manovra di ventilazione massima volontaria (MVV) per determinare la capacità ventilatoria è utile poiché questo può quindi essere utilizzato per determinare quanta riserva ventilatoria è presente o se l'individuo è che invade sul loro limite ventilatori. Tuttavia, questo valore può essere stimato anche da FEV1. Prima di eseguire la prova polmonare di funzione, si dovrebbero rivedere i metodi standardizzati per spirometria forniti dall'American Thoracic Society e l'European Respiratory Society16,17.
Figura 1: Gas Exchange e dati di frequenza cardiaca per prove di esercizio submassimale e massima resistenza. Cambiamenti fisiologici in risposta all'aumento del carico di lavoro (resistenza in watt) in prova massimo (A) ed i cambiamenti osservati in un test di resistenza (nel tempo) (B). Pannelli mostrano i cambiamenti nel consumo di ossigeno (VO2, aperti verso il basso triangoli), produzione di diossido di carbonio (VCO2, triangoli neri) sull'asse y di sinistra e la ventilazione (VE, cerchi neri) e la frequenza cardiaca (HR, cerchi grigi) su asse y di destra. Picco di consumo di ossigeno (VO2 Peak) e prova di carico durata o resistenza di lavoro submassimale sono elencati nella figura ogni pannello. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Parametri di intensità dell'esercizio fisico per Maximal e prove di esercizio di resistenza
Due pannelli mostrano il cambiamento nella valutazione dello sforzo percepito (RPE, asterisco) sulla sinistra dell'asse y e il rapporto di scambio respiratorio (RER, nero triangolo verso il basso) su asse y di destra in risposta alla crescente lavoro (watt) per tempo e test sotto sforzo massimale (A) (min) per la prova di resistenza submassimale (B) sull'asse x. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Prova sotto sforzo massimale | Somiglianze | Prova di resistenza esercizio submassimale |
| – Durata obiettivo 10 – 20 min | – HR continuamente monitorato | – Durata 30 + min |
| – Aumento della intensità: rampa o fasi | – BP misurata a intervalli regolari | – Stato stazionario, desiderato intensità scelto e tenuto |
| – Cambio gas continuamente monitorato | – RPE misurata | – Monitoraggio di gas intermittente exchange |
| – HR, VO2, VCO2 e VE in costante aumento con l'aumento del carico di lavoro | – Impulso oximetry continuamente monitorato | – HR, VO2, VCO2 e VE plateau e carico di lavoro è diminuito se iniziano a salire come obiettivo è quello di mantenere questi costante |
| – RER è ≥ 1.1 | – RER resta inferiore a < 1.0 | |
| – Fine misurazioni sarà il massimo che può produrre il corpo dell'individuo (HR, VO2, VCO2, VE, carico di lavoro, ecc.) | – Alla fine misurazioni sarà la percentuale del valore massimo che può produrre il corpo dell'individuo (HR, VO2, VCO2, VE, carico di lavoro, ecc.). Percentuale è dettata dall'intensità di esercizio submassimale e/o la durata | |
| – Per sapere qual è la percentuale di massimo è che una prova sarebbe necessario essere eseguita solitamente in una precedente visita | ||
| VO2: consumo di ossigeno; VCO2: produzione di diossido di carbonio; VE: ventilazione; HR: frequenza cardiaca; RER: rapporto di cambio respiratorio | ||
Tabella 1: confronto tra prove di esercizio submassimale e massima resistenza. La tabella riassume le differenze e le somiglianze tra le prove di due esercizio descritte.
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Discussion
C'è un grande potenziale per esercizio occorre integrare come strumento terapeutico aggiunta/alternativa. Infatti, un corpo emergente di prova suggerisce fortemente che l'attività fisica favorisce la buona salute. L'uso dell'esercizio come medicina o strumento diagnostico richiederebbe una comprensione della giusta quantità o "dose" di esercizio per ottenere l'effetto desiderato. La dose ottimale di esercizio dovrebbe essere stimata, come troppo esercizio può essere dannosa per migliorare la salute. Come tale, un regime di esercitazione potrebbe essere necessario essere su misura per ogni individuo di raggiungere il massimo beneficio dall'esercizio. A tal fine, le variabili che contribuiscono alla natura delle diverse risposte di esercitare bisogno di essere compresa e controllata. Di conseguenza, metodologie standardizzate per la prova di esercitazione sarà fondamentale nel portare avanti il campo.
Il metodo migliore per normalizzare l'intensità dell'allenamento per la prova di esercizio submassimale continua ad essere oggetto di dibattito. Abbiamo scelto di uso il 60% del carico di lavoro massimo raggiunto, ma la percentuale del VO2max/picco, FCmax o HRRmax sono comunemente utilizzati per la prescrizione di esercizio formazione intensità zone19. Più recentemente, altri metodi sono stati suggeriti come essendo più efficace a normalizzare l'intensità dell'allenamento per la ricerca. Uno è il concetto di delta percentuale, dove l'intensità è impostata ad una determinata percentuale della differenza tra la soglia di scambio di gas e il VO2max e ha dimostrato di fornire risposte più coerenti di tra soggetto a submassimale resistenza prova rispetto all'utilizzo di una percentuale di VO2max20di esercizio. Un secondo metodo per il ciclismo delle accise test è potere critico (CP) che descrive la potenza di uscita che corrisponde alla soglia di fatica. A questo punto le risposte cardiopolmonari e metaboliche sono più sincronizzata o unificata. Quando l'esercizio è eseguito sotto questa soglia, affaticamento periferico non limita la durata dell'esercizio può essere eseguito per, e l'intensità dell'allenamento può essere stabilizzato. D'altra parte, sopra CP, la quantità di lavoro che può essere fatto o W' possono essere identificati e la durata fino a W' è esausto può essere predetto21. La scelta migliore per come determinare l'intensità di esercizio submassimale rimane ancora da determinare, ma molti nel campo di fisiologia di esercizio sono abbandonando i vecchi metodi e muovendo verso uno dei più recenti metodi descritti. Il protocollo scelto dipende lo studio e i risultati primari in corso di valutazione. Inoltre, in questo studio monitoraggio intermittente dello scambio di gas è stato scelto per rendere più confortevole il test per i partecipanti come respirazione su un boccaglio per lunghi periodi è a disagio a causa di secchezza della bocca. Saliva possa accumularsi e tenere il boccaglio in bocca può essere faticoso per le ganasce. Poiché il risultato primario era un cambiamento nei leucociti del sangue periferico e non un cambiamento nella risposta cardiopolmonare all'esercizio submassimale resistenza, monitoraggio intermittente di scambio di gas per garantire che la prova di esercitazione è rimasto allo steady-state era sufficiente.
Abbiamo delineato protocolli standardizzati, ma possono adottare misure supplementari che precede l'esercizio test per migliorare ulteriormente la coerenza e la riproducibilità dei risultati di prova di esercizio. Ad esempio, hanno lo stesso tecnico di eseguire tutte le misure di pressione sanguigna per un particolare studio, o almeno avere lo stesso tecnico misura un soggetto sopra più ripetere test. In secondo luogo, una corretta calibrazione di tutte le apparecchiature di prova, soprattutto l'analizzatore metabolico, deve essere eseguita prima di ogni esperimento. Infine, la variabilità della popolazione soggetto e come ciò modificherà la risposta individuale e il confronto tra individui dovrebbe essere considerata e ridotto al minimo. Questo può essere mitigato in diversi modi attraverso la limitazione dell'uso di stimolanti (cioè, caffeina) e controllo l'ingestione di cibo ed esercizio fisico prima del test e anche garantire che i soggetti è ben riposata. Le condizioni di prova (attrezzature, temperatura ambiente, ora del giorno, ecc.) devono rimanere coerente se prove stanno per essere ripetuta. In alcuni scenari, avendo i partecipanti femminili completare il test su una particolare fase del loro ciclo mestruale (ad es., fase follicolare iniziale) è anche un importante controllo. Inoltre, il ricercatore sarà necessario decidere se permetteranno integratori e farmaci da prendere, come questi possono alterare la risposta all'esercizio fisico. Mentre ci possono essere ulteriori variabili di controllo per in un particolare studio, è consigliabile che questi passaggi inseriti in qualsiasi studio design coinvolgente esercizio test.
I regimi di esercizio descritti qui possono essere utilizzati per studiare le risposte fisiologiche all'esercizio acuto. In precedenza abbiamo usato questa metodologia per capire i cambiamenti immunologici in individui in buona salute nei due esercizi diversi regimi14. Abbiamo raccolto campioni di sangue prima del test da sforzo con campioni di sangue tre raccolti in diversi momenti dopo l'esercizio. Mentre maximal e la resistenza esercitare i regimi hanno portati a un rapido accumulo di diverse popolazioni leucocitarie, il regime di massimo portare ad un maggior aumento della maggior parte delle sottopopolazioni leucocitarie immediatamente dopo il test è stato eseguito. Abbiamo anche trovato che CD56+CD16+ cellule natural killer aumentato più immediatamente dopo l'esercizio, ma CD15+ granulociti avevano una risposta ritardata da un picco alle tre ore post esercizio. Come è ben noto che i leucociti del sangue periferico si accumulano rapidamente in circolazione dopo l'esercizio (Recensito da Freidenreich e Volek22), il nostro studio ha dimostrato che la cinetica di mobilizzazione sono molto diversa e specifiche del tipo di cella. Cellule natural killer (NK) e CD8+ cellule di T citotossiche sembrano essere la più influenzata all'esercizio23, ma altre popolazioni comprese cellule di B e cellule mieloidi anche aumentano in una certa misura. Mentre molti studi si sono concentrati su effetti acuti dell'esercizio singolo eventi, regimi di esercizio basate su formazione longitudinale probabilmente sono necessari per fornire ulteriori approfondimenti come esercizio influisce sulle prestazioni di immunologica a lungo termine.
I protocolli descritti qui forniscono una metodologia standardizzata per incorporare i regimi di esercizio per le risposte biologiche e fisiologiche. Questi protocolli possono essere facilmente modificati per entrambi esercizio singolo test multiplo longitudinale così come a lungo termine prova. Misure fisiologiche possono includere, ma non sono limitate a, frequenza cardiaca, pressione sanguigna, il consumo di ossigeno e indice di massa corporea (BMI). Le risposte biologiche possono essere misurate da una varietà di esemplari tra cui sudore, saliva, urina e sangue periferico. Da questi campioni, analisi simultanee multiple possono essere eseguite tramite citometria a flusso di composizione cellulare, analisi proteomica, matrici di espressione genica o altri tipi di approcci biochimici e molecolari. Oltre alle informazioni sui cambiamenti nella composizione dei leucociti del sangue periferico, altri hanno visto anche markers plasmatici di infiammazione24, citochine25e come regimi di formazione possono essere utilizzati per alterare i cambiamenti indotti da esercitato26 . Presi insieme, standardizzato protocolli consentono la misura di attività fisica di diversa durata e intensità con associati i parametri fisiologici in modo definito.
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Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.
Acknowledgments
Questo studio è stato finanziato dal dipartimento di Mayo di clinica di medicina di laboratorio e patologia e altre varie fonti interne.
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. |
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