Summary
For å vurdere påvirker treningsintensiteten fysiologiske og biologiske svar, utnyttet to ulike testing protokoller. Metoder beskriver øvelse testing på en syklus ergometer trinnvis maksimalt oksygen forbruk test og utholdenhet, stabil stat submaximal utholdenhetstest er beskrevet.
Abstract
Regelmessig fysisk aktivitet har en positiv effekt på menneskers helse, men mekanismer som styrer disse effektene er fortsatt uklart. Akutt øvelse fysiologiske og biologiske svar er hovedsakelig påvirket av varighet og intensitet øvelse diett. Som øvelse er stadig tenkt som en terapeutisk behandling og/eller diagnoseverktøyet, er det viktig at standardizable metoder benyttes til å forstå variasjon og øke reproduserbarhet av øvelse utganger og målinger av Svar å slik regimer. Derfor, beskrive vi to ulike sykling trening regimer som gir forskjellige fysiologiske utganger. I en maksimal øvelse test, er treningsintensiteten stadig økt med en større arbeidsmengde som resulterer i en økende hjerte og metabolsk respons (hjertefrekvens, Slagvolum, ventilasjon, oksygenforbruk og karbondioksid produksjon). Derimot under utholdenhet trening tester, etterspørselen er økt fra at ved hvile, men er hevet til en fast submaximal treningsintensiteten resulterer i en hjerte og metabolsk respons som vanligvis flyer. Sammen med protokoller gir vi forslag om måling fysiologiske utganger som inkluderer, men er ikke begrenset til, hjertefrekvens, langsom og tvunget vital kapasitet, gass exchange beregninger og blodtrykk aktivere sammenligning av øvelse utganger mellom studier. Biospecimens kan deretter prøves for å vurdere mobilnettet, protein eller gene expression svar. Samlet kan denne tilnærmingen enkelt tilpasses til både kort - og langsiktige effekter av to forskjellige treningsprogrammer.
Introduction
Fysisk aktivitet er definert som enhver kroppslig bevegelse produsert av muskler som krever energi utgifter1. Trening er en fysisk aktivitet som involverer gjentatte kroppslig bevegelse gjort for å forbedre eller opprettholde en eller flere fysiske helse2. Samtidig, ble fysisk aktivitet ikke anbefalt for de som var alvorlig syk. For personer med kreft, hjertesvikt, eller for de som var gravid, var sengeleie foretrukket over fysisk aktivitet. Klinisk praksis har siden drastisk endret, så fordelene ved trening på helse blir unektelig3. Regelmessig mosjon har vist seg å redusere risiko for kardiovaskulær sykdom, all-årsak dødelighet, kreftrisiko og hypertensjon, forbedre blodsukkerkontroll, lette vekttap eller vedlikehold og hindre bein og muskel tap4,5 ,6,7,8.
Omfattende fordelene ved trening har nå ført mange til å bruke øvelsen som en type "medisin" og et alternativ eller supplement behandlingsalternativet for en rekke forhold3. Shulman et al. viste at en kombinasjon av tredemølle og motstand trening kan føre gangart hastighet, Aerob kapasitet og muskulær styrke som kan forbedre motorstyring og generelle livskvalitet hos pasienter med Parkinson's sykdom9 . Hjertesvikt pasienter bidra mosjon intoleranse og utilstrekkelig farmasøytiske intervensjoner til en dårlig livskvalitet10. Resultatene fra hjertesvikt pasienter gjennomgår trening i HF-ACTION rettssaken viste bedring livskvalitet og reduksjoner i sykehusinnleggelser og dødelighet11. I tillegg har anvendelse av øvelse å endre cardiotoxic virkningene av anthracycline inneholder kjemoterapi (f.eks doksorubicin) vist at uansett når det startes med hensyn til pasienter kjemoterapi administrasjon (før, under eller etter), oppgaven kan gi gunstige effekter som reduserer nedgangen i Aerob kapasitet, demping av venstre ventrikkel dysfunksjon og redusere oksidativt skade12.
Fordelene ved trening i helse og velvære er ikke bare i sin søknad som en medisin/behandling, men også som et diagnostisk verktøy. Øvelse testing er, for eksempel brukes til å diagnostisere mosjon intoleranse, iskemi i hjertet, eller forstå årsaken til shortness av pusten13. Kanskje enda viktigere, kan øvelse testing brukes til å identifisere subklinisk dysfunksjon. Menneskekroppen er i de fleste situasjoner "overbuilt," slik at dysfunksjon eller patofysiologi kan ofte forblir skjult og unapparent til en person i måneder eller år. Denne observasjonen kan forklare hvorfor forhold som pulmonal arteriell hypertensjon eller bukspyttkjertelkreft stille kan øke i alvorlighetsgrad slik at innen symptomer er merket, disse forholdene pleier å være svært avansert og ekstremt vanskelig å behandle2 . I noen av disse situasjonene, kan øvelse testing gi en stress stimulans til kroppen som øker etterspørselen ovenfor som dagliglivets og til tider kan identifisere dysfunksjon (hjerte, luftveier, metabolske) ble ikke sett på resten, bidra til å diagnostisere en sykdom og begynne behandlingen tidligere.
For å fullt ut maksimere terapeutiske og diagnostiske potensialet i trening, for standardiserte metoder for å kvantifisere svar fysisk aktivitet å nøyaktig vurdere bidragene øvelse til total immune helse. Variasjoner i arbeidsmengde, helling, varighet, type trening og tidspunktet for prøvetakingen kan alle innflytelse mål av fysiologiske responser. Her skissere vi metoder for maksimal og submaximal utholdenhet øvelser å samle fysiologiske data mens samle eksempler for biologiske respons. Denne metoden ble brukt til å forstå hvordan akutt øvelse påvirket distribusjon og hyppigheten av leukocytter populasjoner i perifere blod14 ved å måle immun celle populasjoner på ulike tidspunkt før og etter trening av flowcytometri med 10-farge flyt protokoller som tillater kvantifisering av alle store leukocytter delsett samtidig15. Følgende protokollen kan brukes som en standardisert metode for to forskjellige treningsprogrammer for å måle fysiologiske og biologiske svar for å utøve.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen ble godkjent av Mayo institusjonelle anmeldelsen bord og likedannet erklæring i Helsinki. Alle deltakerne gitt skriftlig samtykke før du deltar i den tester beskrevet.
1. kalibrering og oppsett av metabolske handlevogn
- Flow og volum (pneumotach) kalibrering
Merk: Spesifikke materialer og utstyr er oppført i Materialer tabell.- Åpne lunge funksjon og gass exchange programvare for å kalibrere for testen.
- Klikk på "kalibrere" knappen for å åpne kalibreringsvinduet. Nederst i kalibreringsvinduet, oppmerksom romtemperatur, lufttrykk og fuktighet, sikre at disse verdiene er nøyaktig bruker et barometer.
- Sett inn navle og prøve linje i pneumotach og deretter sette inn i pneumotach i 3 L sprøyten.
- Før du starter kalibrering, velger du knappen "null flyt" for å sikre at det er ingen strøm går gjennom sprøyten.
- Klikk "start" for å begynne kalibreringen. Ta ut først, og deretter injisere. Gjenta 4 flere ganger (5 totalt), unntatt i forskjellige strømningshastigheter hver gang. Opprettholde konstant gjennomstrømning for hver respektive uttak/injeksjon, og varierer infusjonshastigheten for den neste gjentakelsen.
- Gass kalibrering
- Fest prøven linje fra åndedretts masse spectrometer/gass analyzer/metabolske cart kalibrering/hjem-porten på systemet.
- Velg O2/CO2 analyserer kategorien i vinduet Kalibrer i lunge funksjon-programmet. Åpne referanse (rommet air 21% O2, 0,04% CO2) og kalibrering (12% O2 og 5% CO2) gasstanker.
- Velg Kalibrer.
Merk: Programvaren vil fungere magnetventilene i metabolske handlevogn system å bytte mellom referanse og kalibrering gassene blir samplet ved kalibrering port. Fra dette evaluere programmet alle forskyvning prøvetaking forsinkelsen prøven linjelengde og responstiden 2-90%. Et grønt "Kalibrering vellykkede" melding vises når kalibreringen er ferdig.
- Siste oppsett
- Fjerne prøve linjen fra gass kalibrering port og sett den tilbake i pneumotach. Knytt deretter munnstykke på pneumotach.
- Vent til faget for å komme for trening test.
- Ved ankomst av faget, informere dem om undersøkelsen og hva deres engasjement vil bli, gjennomgå samtykke skjemaet med dem, og har ham/henne signert, og som besøk inntektene kontinuerlig diskutere med dem hva (s) han vil gjøre neste og gi forklaring på den prosedyrer før du gjør dem.
Merk: Inkludering og ekskludering kriterier vil variere avhengig av formålet med øvelse testing, denne studien de rekruttert var friske, ikke-røykere, uten kjent hjerte eller immune sykdom og ikke tar noen steroider eller immun modulerende narkotika.
2. lunge funksjon Test (PFT)
Merk: Lunge funksjon test metodene beskrevet er en kort oppsummering av de utgitt av American Thoracic Society og europeiske åndedretts samfunnet, for ytterligere informasjon se sine publikasjoner16,17.
- Langsom vitalkapasitet (SVC) manøver
- Instruere emnet å sitte med rett tilbake og føttene flatt på gulvet med bena uncrossed.
- Instruere gjenstand å sette sin munn rundt munnstykket, og bite ned; passe også emnet med en neseklemmen å forsegle av nesehulen.
- Start manøver på programvaren. Når begynner manøver, instruere emnet fortsette å puste normalt.
- Observere fagets tidevanns puste og ha ham/henne fortsette å puste mens du venter skal nå en stabil pustemønster.
- Instruere emnet å puste inn maksimalt og pust sakte ut. Emnet vil holde tømme sin lungene før de kan ikke lenger puster. Dette punktet vil bli synlig ved et platå i flyt sporing. På dette punktet, instruere gjenstand for maksimal pust.
- Stopp måling og instruere gjenstand å frigi munnstykket og fjerne neseklemmen for å ta en pause hvis nødvendig.
Merk: Minimum tre SVCer utføres. For å møte American Thoracic Society standarder, må de bli enige innen 5% eller 150 mL hverandre for både største VC og Inspiratorisk kapasitet (IC) verdier. Opptil 4 manøvrer kan utføres for å få tre som godtar16,17.
- Tvunget vital kapasitet (FVC) manøver
- Angi emnet til å forstå munnstykket og knytte neseklemmen mens resterende i samme sittende posisjon.
- Start manøver på programvare og instruere emnet fortsette å puste normalt. Sikre emnet har etablert en stabil pustemønster med minimum fire tidevanns åndedrag.
- Instruere gjenstand for inhalerer fullstendig og raskt, og deretter å umiddelbart puster (pause < 1 s) så raskt og hardt som mulig.
- Fortelle emne/pasienten til å fortsette å prøve og blast/presse luften ut av sin lunger nå en full utpust mens resterende i en oppreist kroppsholdning. Dette er sett på som et platå i volum-tid kurven. Be dem om å fortsette å prøve å puster så lenge de kan; ideell for 6 s.
- Når dette er oppnådd, kan du be gjenstand for maksimal pust og stoppe manøver på programvaren.
Merk: Testen skal gjentas minst to ganger, at de godtar innen 5% eller 150 mL hverandre for begge to største FVC og FEV1 verdiene. Opptil 8 manøvrer kan utføres for å få to som er enig.
- Maksimal Viljestyrt ventilering (MVV) manøver
Merk: Målet med denne manøveren er å ha emnet flytter så mye luft så raskt som de kan. De vil bli oppmuntret til å prøve å ta store åndedrag som mulig mens du fremdeles puster raskt.- Angi emnet til å forstå munnstykket og knytte neseklemmen samtidig opprettholde samme sittende posisjon.
- Start manøver på programvaren.
Merk: En nedtelling øverst angir nummeret av åndedrag kreves (vanligvis tre) data samling/mål begynner. - Med en pust gå i nedtelling, direkte pasienten å starte puste dypt og raskt gjennom munnstykket. De vil fortsette dette 12 s.
- Oppmuntre pasienten hele prosedyren å puste dypt og raskt. Hvis motivet er kan ikke fortsette, stoppe testen.
- På slutten av 12 s, ber du pasienten om å gjenoppta normal pusting. De kan føle lys ledet, så oppmuntre dem til å lene seg tilbake og ta treg dype åndedrag.
Merk: For repeterbarhet testen skal utføres minst to ganger og foreslåtte variasjonen bør være mindre enn 20%.
3. utøve tester
- Elektrodeplassering
- Forbered huden for elektrodene barbere håret fra elektrode plassering området hvis det finnes. Gni området med en og deretter med en slipende pute å fjerne alle døde hudceller.
Merk: Elektrode kan plasseres når dette er fullført, men sørg for at elektroden har tilstrekkelig gel og er ikke tørr. - Utstyre emnet med elektroder for en 12-avledningers elektrokardiogram bruker følgende elektroder plasseringen.
- Plasser lem bly elektroder som følger: RA: høyre subclavicular fossa; LA: venstre subclavicular fossa; RL: tilbake like over bakre overlegen iliaca ryggraden; LL: venstre back like over bakre overlegen iliaca ryggraden
- Posisjon Prekordiale avledninger som følger: V1: høyre for sternum i 4 interkostalrom plass; V2: venstre for sternum i 4 interkostalrom plass (i tråd med V1); V3: venstre direkte mellom V2 og V4; V4: venstre i 5 interkostalrom plass i midclavicular linjen (vanligvis under bryst/brystvorte); V5: Plasser horisontalt med V4 på fremre aksillarlinje (ned fra kanten av armhulen (fremre axillaris fold av overarmen); V6: Plasser horisontalt med V4 og V5 på ekstra midtlinjen.
- Forbered huden for elektrodene barbere håret fra elektrode plassering området hvis det finnes. Gni området med en og deretter med en slipende pute å fjerne alle døde hudceller.
- Trinnvis maksimal sykling test-gå 1
Merk: Utfører en maksimal øvelse test kommer med risiko. American College of Sports Medicine beskriver hvordan å identifisere personer som er i høyere risiko for en negativ hendelse under testen13. De som vil bli vurdert å ha betydelig risiko: kjent hjerte, lunge og/eller metabolsk sykdom; store symptomene: smerter i brystet, kortpustethet (SOB) på resten eller med milde anstrengelse, svimmelhet eller synkope, orthopnea, ankel ødem, hjertebank eller takykardi, claudicatio intermittens, kjente hjerte murring, uvanlig tretthet eller SOB til vanlige aktiviteter; eller minst to av hjerte-karsykdommer risikoer faktorer: familiehistorie med hjerteinfarkt eller straffsparkkonkurranse, alder (menn ≥ 45, kvinner ≥ 55), gjeldende røyker, stillesittende 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), hypertensjon (systolisk blodtrykk (SBP) ≥ 140 mmHg eller diastolisk blodtrykk (DBP) ≥ 90 mmHg), dyslipidemi (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 maksimal øvelse testing bør utføres under oppsyn av en helsepersonell utdannet i klinisk trening testing, med minst to personer til stede, en for å overvåke EKG og den andre tar blodtrykk og overvåking pasienten. For de som er høyere risiko, bør lege også være til stede under testen, mens de som har lavere risiko testen kan utføres uten lege stede; Det er foretrukket legen nærliggende og tilgjengelig umiddelbart hvis nødvendig. Personell utføre testen bør ha grunnleggende livet støtte med en halvautomatisk defibrillator (AED) i rommet og minst ett eller flere resultater personell må forhånd cardiac livet støtte trening. Utfører testen bør vite plan for å svare på et medisinsk nødstilfelle og har riktig kontaktnumrene.- Passer temaet på sykkelen gjør at setet og styret er plassert komfortabelt.
Merk: Det generelle forslaget for setehøyde er slik at benet har en liten sving nederst på pedalen slag og setet skal justeres vannrett slik at når sveiv armen er parallelt med bakken kneet faller over metatarsals som skal o ver pedal spindelen. Styret bør være på samme høyde som setet eller litt høyere og nært nok slik at faget har en liten sving i albuene. Styret stillingen vil avhenge av opplevelsen av rytteren, mer erfarne syklister vil være mer bøyd over, der er de som ikke sykkel ofte foretrekker en mer stående. - Plass en puls oksymeter på emnet panne. Tørk hvor plassering med en alkohol tørke fjerne alle sminke eller smuss, etc. og sikre den til pannen med et hodebånd.
- Gjennom testprosedyren trening med emnet. Informere emnet at de må bo puste gjennom munnstykket for hele varigheten av testen, og puste bare gjennom sin munn som nesen blir plugget med neseklemmen.
Merk: Bruke et munnstykke og nese klipp er ikke det eneste alternativet; masker er tilgjengelig som dekker nese og munn gir deltakeren rett til puste gjennom enten deres munn eller nese18. Gass exchange beregninger måles kontinuerlig og registrert gjennom lunge funksjonen programvaren. Hjertefrekvens (HR) og rytme vil bli kontinuerlig overvåket av 12-avledningers elektrokardiogram (ECG). Eksterne oksygenmetning (SpO2) overvåket kontinuerlig med puls-oksymeter. Disse eksterne signaler (HR, SpO2) kan kobles til metabolske handlevognen slik at alle mål er dokumentert sammen. Hvis dette ikke er mulig, skal HR og SpO2 registreres i et regneark hvert minutt. - Trekke en 5 mL blodprøve fra antecubital venen (planlagte øvelse blod uavgjort).
- Etter 2 min hvile, begynne datainnsamling. Deretter starter trening protokollen og instruere deltakerne starte syklet. Be dem om å nå en pedal sats mellom 60 og 80 RPM.
Merk: For denne studien, maksimal øvelse testprotokollen brukes var en første arbeidsbelastning 50 W med 30 W øker hver 2 min. Protokollen som brukes kan variere avhengig av befolkningen og målene for testen. For eldre personer eller pasientgrupper, den første fasen kan utføre losset tillate personer å få beina flytte før motstand legges. I yngre friske individer er dette vanligvis ikke nødvendig som 50 W er en lav nok arbeidsmengde å varme opp. Syklet på 0 W samtidig ønsket pedal hastighet er faktisk mer utfordrende enn med motstand fra begynnelsen. - Har en assisterende tekniker-måle blodtrykk (BP) 1 min i hver scene, mens en andre tekniker bistår med testen. Så spør emnet å vurdere sin anstrengelse nivå på Borg vurdering av oppfattet anstrengelse (RPE)-skalaen der 6 angir at anstrengelse oppfattes som lett (som (s) han er sittende/stående gjør ikke noe) og 20 angir at de oppfattet anstrengelse på den vanskeligste arbeid de kan forestille seg gjøre18. Ta en 12-avledningers ECG utskrift i de siste 30 sekundene av hvert trinn.
- Fortsett testen til konsumpsjon av emnet som angis ved å ha minst to av følgende oppstår: Når 60-80 rpm på sykkelen ikke kan opprettholdes, emnet VO2 Flyer og øker ikke med en økning i arbeidsmengde, sin åndedretts bytteforholdet (RER) er lik eller større enn 1.1-1.2, og/eller fagene ratifisere av oppfattet anstrengelse (RPE) ≥ 18.
- Stoppe testen hvis noe av følgende oppstår13: angina eller bryst smerter symptomene; innom SBP av ≥ 10 mmHg med en økning i arbeid; overdreven økning i BP: SBP > 250 mmHg og/eller DBP > 115 mmHg; shortness av pusten, tungpustethet, ben kramper eller claudicatio; tegn på dårlig perfusjonsmåler: lys-headedness, forvirring, kvalme, cyanotisk, kald eller klam huden; svikt i HR øke med økende treningsintensiteten; endre i hjerterytmen med symptomer; emnet forespørsler å stoppe; emnet vocalizes eller alvorlig trøtthet er observert; prøveutstyr ikke fungerer.
- Ved å nå utmattelse, videre til restitusjonsfasen: slipp motstanden mot første arbeidsbelastningen og instruere emnet fortsette å sykle for en annen 2 min.
- Trekke en annen 5 mL blod fra pasienten (innlegg øvelsen blod uavgjort) via antecubital venipuncture.
- Direkte gjenstand å returnere i 3t og 24 timer etter at testen for ytterligere 5 mL blod trekker. Instruere emnet å ikke ta del i ytterligere øvelsen til ferdigstillelse av 3rd innlegg øvelsen blod tegne på 24 h.
Merk: Dette var tidspunkt som er valgt for denne studien å evaluere tidsplan endringer i immunceller. Spørsmål og parametere av interesse vil diktere når prøvetaking skulle oppstå.
- Passer temaet på sykkelen gjør at setet og styret er plassert komfortabelt.
- Utholdenhet stabil submaximal sykling test-besøk 2
- Fullfør trinn 1 for kalibrering, 3.1 for ECG forberedelse, 3.2.1 for sykkel montering og 3.2.2 for pannen puls oksymeter installasjon.
- Gjennom testprosedyren trening med emnet. Informere emnet som de vil være sykling for 45 min, men i motsetning til maksimal trening test, de vil bare bli bedt om å puste gjennom munnstykket med neseklemmen for deler av test og ikke kontinuerlig.
Merk: Som med maksimal trening test, HR og rytme vil bli kontinuerlig overvåket av 12-avledningers EKG. SpO2 overvåket kontinuerlig med puls-oksymeter. - Trekke 5 mL av venøs blodprøve fra antecubital venen (planlagte utholdenhet submaximal øvelse blod uavgjort) før du starter testen.
- Angi emnet til å forstå munnstykket av munnen og knytte neseklemmen.
- Begynn datainnsamling, og deretter starter trening protokollen. Instruere deltakerne starte syklet, og be dem om å nå en pedal sats mellom 60 og 80 RPM.
Merk: For denne studien utholdenhet stabil protokollen er 45 min med 3-5 min varm opp på 50 W. Etter oppvarming, effekten er økt til 60% av motivets maksimal arbeidsmengde bestemmes av besøk 1. Dette er forskjellig fra besøk 1 arbeidsmengden er konstant og kampen er satt for en bestemt varighet, snarere enn å øke arbeidsmengden til toppen VO2 er nådd. - Måle BP (Bruk samme teknikeren som før) og be emnet til rapporten anstrengelse nivå midlertidig (hver 3-5 min) hele øvelsen.
- Instruere gjenstand å løslate munnstykket fra 10th min til 25th min og re Grip munnstykket fra 25th min 30th min og under siste 5 min av 45 min kamp (40th min til 45th min).
Merk: Gass exchange beregninger og overvåkes bare når emnet er på munnstykket; intermitterende overvåking er gjort som munnstykket kan være tørr og ubehagelig for emnet når brukt i lengre perioder. Siden målet med denne typen trening test er å ha emnet nå angitt treningsintensiteten og holder at som en stabil, emnet gassutveksling ikke trenger overvåkes kontinuerlig med mindre det er et primært resultat tiltaket. I denne studien var stimulans, og ikke utfallet av interesse. - Sikre at testen forblir i en stabil ved å overvåke de følgende beregningene:
- Kontroller at VO2 ikke har økt betydelig (+/-5 mL/min/kg) når motivet er tilbake på munnstykket.
- Kontroller at emnet HR ikke øke med mer enn 5 bpm.
- Se emnet vises lei eller sin RPE vurdering er økende.
- Innom ~ 5 – 10% å sikre ferdigstillelse av 45 min for sykling, hvis noen av de ovennevnte skjer arbeidsmengden.
- Etter 45 min, instruerer deltakerne å fullføre en 2 min restitusjonsperiode av lett pedalling, og tegn deretter 5 mL venøst blod (innlegg øvelsen blod uavgjort).
- Gi samme innlegg øvelsen instruksjonene som besøk 1 dvs, ikke delta i trening før etter 24 h tiden peke og gå tilbake til laboratoriet for blod trekker 3t og 24 h innlegg øvelsen.
4. blod analyse
- Behandle blodprøver for analyse.
Merk: Potensielle metoder kan inkludere, men er ikke begrenset til, flowcytometri av sirkulerende leukocytter, cytokin analyse av plasmaprøver eller leukocytter gene expression analyse. I tillegg må optimale tidspunkt bestemmes empirisk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Påføring av maksimal eller submaximal utholdenhet trening testing gir en stimulans eller stressor der kroppen reagerer for å møte de økte fysiologiske behov. Ulike former for trening kan brukes å sammenligne fysiologiske og biologiske svarene til en bestemt øvelse i seg selv, eller når en narkotika/intervensjon brukes eller evaluere forskjellene i svar mellom ulike belastninger. Maksimal og utholdenhet trening laster varierer i varighet (henholdsvis kort/lang) og intensitet (høy/lav henholdsvis), mens i modus (dvs., sykling), holdes konstant. Når du utformer en studie med øvelse testing, er det viktig for å etablere hva målene for bruk av øvelsen er og hva slags svar ønskes. Tabell 1 fremhever forskjellene og likhetene mellom submaximal utholdenhet og maksimal øvelse testing, men forskere må også være cognizant av effektene ulike modaliteter for trening vil ha på parameterne som evalueres. I en maksimal Øvelse øker test, der etterspørselen eller trening intensitet stadig øker med i arbeidsmengde (motstand/effekten på en sykkel eller hastighet og/eller klasse på en tredemølle) i hjerte og metabolsk respons (hjertefrekvens, Slagvolum, ventilasjon, oksygenforbruk og karbondioksid produksjon) også kontinuerlig økning (figur 1A). I kontrast, under en submaximal utholdenhet trening test etterspørselen er økt fra at ved hvile, men er hevet til fast treningsintensiteten. Som sådan, hjerte responsen har en subtil, men deretter flyer som kroppen tilpasser seg for å møte konsekvent etterspørselen (figur 1B). Forskjellen i intensitet og etterspørsel maksimal og submaximal utholdenhet trening testing er også tydelig når du gjennomgår endringen i vurdering av oppfattet anstrengelse (RPE) og respiratoriske bytteforholdet (RER) over aktuelle øvelsen kampen som anslag av drivstoff brukes til å forsyne kroppen med energi. I en maksimal øvelse test vil RPE og RER stadig øke til slutten av testen (figur 2A), der som en submaximal utholdenhet trening teste disse parameterne vil platået (figur 2B).
Selv om ikke nødvendig, kan det være gunstig å lunge funksjonen teste før en trening utføres. Øvelse utløser en hjerte- og lunge reaksjon og ytelsen under trening test kan være begrenset av metabolsk funksjon og muligheten for hjertet, lungene eller begge å svare. Når evaluere hvis det er en lunge begrensning, er det nyttig å vite hvile lunge-funksjon som kan identifisere obstruktiv eller restriktive begrensninger gjennom den langsomme vitalkapasitet (SVC) og tvunget vital kapasitet (FVC) manøvrer. Utfører maksimal Viljestyrt ventilering (MVV) manøver for å fastslå ventilatory kapasitet er nyttig som dette kan deretter brukes til å bestemme hvor mye ventilatory reserve finnes eller hvis enkelt er encroaching på sine ventilatory grenser. Men kan denne verdien også estimeres fra FEV1. Før du utfører lunge-funksjon tester, en bør gå gjennom standardiserte metoder for Spirometri gitt av American Thoracic Society og europeiske åndedretts samfunn16,17.
Figur 1: gass nøkkelutveksling og hjertefrekvens for maksimal og Submaximal utholdenhet trening tester. Fysiologiske endringer som svar på økende arbeidsmengde (motstand i watt) i maksimal test (A) og endringer observert i en utholdenhet test (over tid) (B). Paneler viser endringen i oksygenforbruk (VO2, åpen nedover trekanter), karbondioksid produksjon (VCO2, svarte trekanter) på den venstre y-aksen og ventilasjon (VE, svart sirkler) og hjertefrekvens (HR, grå sirkler) på den høyre y-aksen. Topp oksygenforbruk (VO2 Peak) og test varighet eller utholdenhet submaximal arbeidsmengde vises hvert panel tall. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Parametere til treningsintensiteten for maksimal og utholdenhet trening tester
To paneler viser endringen i vurdering av oppfattet anstrengelse (RPE, stjerne) på den venstre y-aksen og respiratoriske exchange ratio (RER, svarte nedadgående trekanten) på høyre y-aksen som svar på økende arbeid (watt) for maksimal trening test (A) og tid (min) submaximal utholdenhet testen (B) på x-aksen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Maksimal trening Test | Likheter | Utholdenhet Submaximal trening Test |
| -Målet Varighet 10-20 min | -HR kontinuerlig overvåket | -Varighet 30 + min |
| -Øke intensitet: gradvis eller stadier | -BP målt med jevne mellomrom | -Steady state, ønsket intensitet valgt og holdt |
| -Gassutveksling kontinuerlig overvåket | -RPE målt | -Intermitterende gass exchange overvåking |
| -HR, VO2, VCO2 og har øket med økende arbeidsmengde | -Pulse oximetry kontinuerlig overvåket | -HR, VO2 VCO2 og VE platået og arbeidsmengde reduseres hvis begynner å stige som målet er å holde disse jevn |
| -RER er ≥ 1.1 | -RER opphold under < 1.0 | |
| -På slutten mål vil være maksimalt som individuelle kroppen kan produsere (HR, VO2, VCO2, VE, arbeidsmengde, etc.) | -På slutten mål blir prosenten av maksimalt som individuelle kroppen kan produsere (HR, VO2, VCO2, VE, arbeidsmengde, etc.). Prosent er diktert av intensiteten av submaximal trening og/eller varighet | |
| -For å vite hvilken prosentandel av maksimal er det en maksimal øvelse test ville være nødvendig å utføres vanligvis på et tidligere besøk | ||
| VO2: oksygenforbruk; VCO2: karbondioksid produksjon; VE: ventilasjon; HR: hjertefrekvens; RER: respiratoriske bytteforholdet | ||
Tabell 1: sammenligning av maksimal og Submaximal utholdenhet trening tester. Tabellen oppsummerer forskjeller og likheter mellom to øvelse testene beskrevet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det er stort potensial for trening for å bli tatt som et supplement/alternativ terapeutisk redskap. Faktisk antyder en voksende mengde bevis sterkt at fysisk aktivitet fremmer god helse. Bruk av trening som en medisin eller diagnoseverktøyet ville kreve en forståelse av hvor rett eller "dose" av trening for å oppnå ønsket effekt. Den optimale dosen av øvelsen skal beregnes som for mye mosjon kan være skadelig for bedre helse. Som sådan, måtte en øvelse diett skreddersys til hver enkelt å oppnå optimal nytte øvelse. Derfor, må variablene som bidrar til innholdet i de forskjellige svarene å utøve forstås og kontrolleres. Derfor vil standardmetoder å utøve testing være avgjørende i feltet fremover.
Den beste metoden for å normalisere treningsintensiteten for submaximal trening tester fortsetter å være gjenstand for debatt. Vi valgte å bruk 60% av maksimal arbeidsmengden oppnådd, men andelen VO2max/topp, HRmax eller HRRmax er brukt for forskrivning trening trening intensitet soner19. Flere nylig, andre metoder er foreslått å være mer effektiv på å normalisere treningsintensiteten for forskning. En prosentandel delta konseptet, hvor intensiteten er satt til en angitt prosent av forskjellen mellom gass exchange terskelen og VO2max og har vist seg å gi mer konsekvent mellom emnet Svar å utholdenhet submaximal Øvelse testing enn å bruke en prosentandel av VO2max20. En annen metode for sykling avgiftsdirektoratet testing er kritisk makt (CP) som beskriver utgangseffekt som tilsvarer tretthet terskelen. På dette punktet er hjerte og metabolske reaksjoner mest synkronisert eller felles. Når trening utføres under denne terskelen, periferisk fatigue begrenser ikke hele øvelsen kan utføres for, og treningsintensiteten kan stabiliseres. På den annen side, ovenfor CP, arbeidsmengden som kan gjøres eller W' kan identifiseres og varigheten til W' er oppbrukt kan være forutsagte21. Det beste valget for slik submaximal treningsintensiteten gjenstår ennå å bli bestemt, men mange i feltet Øvelse fysiologi flytte bort fra eldre metoder og beveger seg mot en av de nyere metodene beskrevet. Protokollen valgt avhenger av studien og primære resultatene blir evaluert. I tillegg i denne studien ble intermitterende overvåking av gassutveksling valgt å gjøre testen mer behagelig for deltakerne som puster på munnstykke for lang ubehagelig på grunn av munnen tørrhet. Spytt kan akkumulere og holde munnstykket i munnen kan være anstrengende for jaws. Siden det primære resultatet var en endring i perifert blod leukocytter og ikke en endring hjerte svar submaximal utholdenhet trening, var intermitterende overvåking av gassutveksling slik at øvelsen testen vært stabil tilstrekkelig.
Vi har skissert standardisert arbeidstest-protokoller, men flere tiltak kan iverksettes før øvelsen for å ytterligere forbedre konsekvens og reproduserbarhet trening testing resultater. For eksempel har samme teknikeren utfører alle blodtrykk målene for en bestemt studie, eller minst har samme teknikeren måle et emne over flere gjenta tester. Andre skal en riktig kalibrering av alle utstyr, spesielt den metabolske analysatoren, utføres før hvert eksperiment. Til slutt, variasjon av befolkningen emnet og hvordan dette vil endre individuell respons og sammenligninger mellom individer skal anses for og minimert. Dette kan gjøres på flere måter gjennom begrense bruken av sentralstimulerende midler (dvs. koffein), og kontrollere matinntaket og trening før testing og sørge for at de er godt uthvilt. Testing betingelsene (utstyr, romtemperatur, tid på dagen, etc.) burde være holdt konsekvent hvis tester skal gjentas. I noen scenarioer at kvinnelige deltakerne fullføre testing på en bestemt fase av deres menstrual syklus (f.eks tidlig follikulær fase) er også en viktig kontroll. I tillegg må forskeren bestemme om de vil tillate kosttilskudd og medikamenter tas, så dette kan endre svaret å utøve. Mens det kan være flere variabler å kontrollere for i en bestemt studie, anbefaler vi sterkt at følgende innlemmes i noen studie design med øvelse tester.
Treningsprogrammer som er beskrevet her kan benyttes for å studere fysiologiske responser til akutt øvelse. Vi har brukt denne metodikken for å forstå immunologiske endringer i friske individer i to forskjellige trening regimer14. Vi samlet blodprøver før øvelsen testing med tre blodprøver samlet på ulike tidspunkt etter trening. Mens både maksimal og utholdenhet trening regimer førte til en rask oppbygging av flere leukocytter befolkninger, den maksimale diett føre til en større økning av de fleste leukocytter subpopulasjoner umiddelbart etter testing ble utført. Vi fant også at CD56+CD16+ naturlige drepe celler økt mest umiddelbart etter trening, men CD15+ granulocytter hadde en forsinket reaksjon av topp på tre timer innlegg øvelsen. Det er velkjent at perifert blod leukocytter raskt akkumulere i omløp etter trening (anmeldt av Freidenreich og Volek22), viste vår studie at the kinetics av Mobilisering er ganske forskjellige og celle type-spesifikk. Naturlig killer (NK) celler og CD8+ cytotoxic T celler synes å være den mest påvirket ved utøvelse23, men andre befolkninger inkludert myeloide celler og B-cellene også øke til en viss grad. Mens mange studier har fokusert på akutte virkninger av enkelt trening hendelser, for langsgående trening-basert trening regimer sannsynlig å gi ytterligere innsikt i hvordan øvelsen påvirker langvarig immunologiske ytelse.
Protokollene beskrevet her gir en standardisert metode for å innlemme treningsprogrammer for biologiske og fysiologiske svar. Disse protokollene kan enkelt endres for både enkelt øvelse tester også som langsiktige longitudinelle flere tester. Fysiologiske målinger kan omfatte, men er ikke begrenset til, hjertefrekvens, blodtrykk, oksygenforbruk og kroppsmasseindeks (BMI). Biologiske svar kan måles fra en rekke eksempler blant annet perifert blod, spytt, urin og svette. Fra disse prøvene kan flere samtidige analyser utføres via flowcytometri av mobilnettet komposisjon, Proteomikk analyser, gene expression matriser eller andre typer biokjemiske og molekylære tilnærminger. I tillegg forståelse endringene i sammensetningen av perifert blod leukocytter, har andre sett på plasma markører for betennelse24, cytokiner25og hvordan trening regimer kan brukes til å endre utøves-induserte endringer26 . Samlet, standardiserte protokoller tillate måling av fysisk aktivitet av ulike varighetene og intensiteter med tilknyttede fysiologiske parametere i en definert måte.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer at de har ingen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Denne studien ble finansiert av Mayo Clinic Institutt for laboratoriet indremedisin, patologi og andre ulike 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. |
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. Standardisation of spirometry. European Respiratory Journal. 26 (2), 319-338 (2005).
- 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).
