Summary
Denne protokollen beskriver motstandstrening og testing ved bruk av statiske og dynamiske stiger i dyremodeller.
Abstract
Motstandstrening er en fysisk treningsmodell med dype fordeler for helse gjennom livet. Bruken av motstandsøvelsesdyrmodeller er en måte å få innsikt i de underliggende molekylære mekanismene som orkestrerer disse tilpasningene. Målet med denne artikkelen er å beskrive treningsmodeller og treningsprotokoller designet for styrketrening og evaluering av resistens i dyremodeller og gi eksempler. I denne artikkelen er styrketrening og motstandsevaluering basert på stigeklatringsaktivitet, ved hjelp av statiske og dynamiske stiger. Disse enhetene tillater en rekke treningsmodeller, samt gir presis kontroll av hovedvariablene som bestemmer motstandsøvelse: volum, belastning, hastighet og frekvens. Videre, i motsetning til motstandsøvelse hos mennesker, er dette en tvungen øvelse. Dermed må aversive stimuli unngås i denne intervensjonen for å bevare dyrevelferden. Før implementering er det nødvendig med en detaljert design, sammen med en akklimatiserings- og læringsperiode. Akklimatisering til treningsenheter, for eksempel stiger, vekter og klinisk tape, samt til manipulasjonene som kreves, er nødvendig for å unngå treningsavvisning og for å minimere stress. Samtidig læres dyrene å klatre opp stigen, ikke ned, til hvileområdet på toppen av stigen. Motstandsevaluering kan karakterisere fysisk styrke og tillate justering og kvantifisering av treningsbelastningen og responsen på trening. Videre kan ulike typer styrke evalueres. Når det gjelder treningsprogrammer, med passende design og enhetsbruk, kan de være tilstrekkelig allsidige til å modulere ulike typer styrke. Videre bør de være fleksible nok til å bli modifisert avhengig av dyrets adaptive og atferdsmessige respons eller tilstedeværelsen av skader. Avslutningsvis er motstandstrening og vurdering ved hjelp av stiger og vekter allsidige metoder i dyreforsøk.
Introduction
Fysisk trening er en avgjørende livsstilsfaktor for å fremme helse og redusere forekomsten av de mest utbredte kroniske sykdommene, samt noen typer kreft hos mennesker1.
Motstandsøvelse har økt interessen på grunn av sin overveldende relevans for helse gjennom hele livet2, spesielt på grunn av fordelene ved å motvirke aldersrelaterte sykdommer som påvirker det lokomotoriske systemet, som sarkopeni, osteoporose, etc3. Videre påvirker motstandsøvelse også vev og organer som ikke er direkte involvert i utførelsen av bevegelse, for eksempel hjernen4. Denne relevansen de siste årene har oppmuntret til utvikling av motstandsøvelsesmodeller hos dyr for å studere de underliggende tissulære og molekylære mekanismene, når det ikke er mulig hos mennesker eller når dyrene gir bedre innsikt og er en mer kontrollert modell.
I motsetning til motstandsøvelse hos mennesker, for dyremodeller er forskere vanligvis avhengige av tvungne prosedyrer. Imidlertid må aversive stimuli unngås i denne sammenhengen, hovedsakelig for å bevare dyrevelferd, redusere stress og redusere alvorlighetsgraden av de eksperimentelle prosedyrene5. Det skal bemerkes at dyr liker trening selv i naturen6. Av disse grunner er det nødvendig å forbedre tilpasningen til forsøket gjennom langvarig trinnvis akklimatisering.
Enhetene, materialene og protokollene som brukes til motstandstrening og vurdering hos forsøksdyr, må tillate nøyaktig kontroll og modulering av mange variabler: belastning, volum, hastighet og frekvens7. De bør også tillate ulike typer muskelkontraksjoner som skal utføres: konsentrisk, eksentrisk eller isometrisk. Tatt i betraktning det ovennevnte, bør protokollene som brukes være i stand til å spesifikt evaluere eller trene for ulike anvendelser av styrke: maksimal styrke, hypertrofi, hastighet og utholdenhet.
Det finnes flere metoder for styrketrening, for eksempel hopping i vann8,9, vektet svømming i vann 10, eller muskelelektrostimulering11. Imidlertid er statiske og dynamiske stiger allsidige enheter som er mye brukt12,13,14.
Resistensvurdering i eksperimentelle dyremodeller gir verdifull informasjon for mange forskningsmiljøer, for eksempel å beskrive fenotypiske egenskaper hos genmodifiserte dyr, evaluere effekten av ulike intervensjonsprotokoller (kosttilskudd av komponenter, medikamentell behandling, mikrobiotatransplantasjon, etc.), eller vurdere effekten av treningsprotokoller. Treningsmodeller gir innsikt i fysiologien til tilpasning til styrketrening, noe som bidrar til å bedre forstå effekten av trening på helsestatus og patofysiologi.
Følgelig er det ingen universell protokoll for motstandstrening eller funksjonell vurdering av styrke i dyremodeller, så allsidige protokoller er nødvendig.
Målet med denne studien er å identifisere de mest relevante faktorene som skal vurderes ved utforming og anvendelse av en protokoll for motstandstrening og evaluering ved hjelp av statiske og dynamiske stiger i dyremodeller, samt gi spesifikke eksempler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Metodene som presenteres i denne protokollen er evaluert og godkjent av den tekniske komiteen for dyreforsøk (referanse PROAE 04/2018, Principado de Asturias, Spania).
1. Planlegging
- Velg nøye dyr for studien basert på egenskapene av interesse (genetisk modifiserte, patologimodeller, alder, etc.) og bruk spesifikke tilpasninger til protokollen (klatring uten vekter, redusere antall trinn å klatre og tilbøyelighet).
- Identifiser styrkemodaliteten som skal vurderes eller trenes: maksimal styrke, utholdenhetsmotstand, hastighet, etc. avhengig av målene for studien.
- Juster parametrene nøye når funksjonsvurdering eller trening er innrammet, og vurder om den fokuserer på resultatene av disse testene eller om de er komplementære til andre typer kliniske, funksjonelle, histologiske eller molekylære bestemmelser.
- Planlegg alle problemer knyttet til trening, spesielt tidsplanen, varigheten av treningsperioden og hyppigheten av økter, og tegn en treningstabell.
- Spesifiser oppvarmingstrinnene og stigningen på stigen, som vil være den samme gjennom hele treningen. Spesifiser sett, repetisjoner, belastning (basert på resultatene av motstandstestene som ble gjort før treningsperioden), og hvil i mellom, og vær oppmerksom på belastningsøkninger basert på forrige økt.
- Endre planen, som med menneskelig trening, avhengig av dyrets velferd. Modifikasjoner inkluderer å redusere repetisjoner, øke hviletiden mellom sett eller repetisjoner, og redusere belastningen for å unngå overtrening og skade.
- Etter ferdigstillelse, send inn designet for evaluering og godkjenning av dyreetisk forskningskomité.
2. Enheter og materialer for motstandsøvelse
- Enheter: Statiske og dynamiske stiger
MERK: To typer stiger, såkalte statiske og dynamiske stiger (se figur 1), kan brukes til motstandstrening og evaluering (se materialtabell).- Bruk en vertikal stige med minst 30 ståltrådtrinn på 1,5 mm diameter, atskilt med 15 mm, og et hvileområde på minst 20 x 20 cm på toppen av stigen. Stigens helning må kunne justeres fra 80° til 110° med horisontalplanet (figur 1C). Avgrens to kjørefelt for å forhindre ikke-lineær klatring.
- Bruk en dynamisk stige som ligner på den statiske stigen, med en plastfilamentbarriere øverst, som kan åpnes for å kontrollere tilgangen til hvileområdet, og en plastfilamentbarriere nederst for å forhindre at dyrene klatrer ned. Stigens hellingsvinkel må kunne justeres mellom 80° og 100°, den vanligste er 85°.
MERK: Stigen kan sirkulere ved hjelp av en øvre og en nedre aksel med en diameter på 8 cm. Nedre aksel drives av en elektrisk motor som gjør at trinnene går ned foran og stiger opp bak, og skaper en endeløs stige. Den er utstyrt med et reduksjonsgir og en hastighetsregulator for å senke hastigheten fra 11,6 cm / s til 3,3 cm / s, og den vanligste hastigheten er 5,6 cm / s.
Figur 1: Motstandstreningsenheter: statiske og dynamiske stiger. (A) Mustrening med ekstern vekt på en statisk stige. (B) To mus som trener med vekt på en dynamisk stige. (C) Skjematisk fremstilling av stigevinkler for opplæring og evaluering. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Materialer
- Forbered følgende materialer: vekter, ledning for å holde vekter, stål gatorklips og klinisk tape.
MERK: Vektene er stålflasker med forskjellig masse (5, 10, 15, 20, 25 og 50 g), med et hull på 5 mm i midten for å strenge dem på en ledning (materialtabell). Ledningen for å holde vektene er laget av stål med en diameter på 1-1,5 mm og en lengde på 5-10 cm, avhengig av antall vekter som skal lastes. - Klipp et stykke elastisk selvklebende bandasje (materialtabell) på ca. 3,0-3,5 cm x 1,0-1,5 cm størrelse og fest den rundt dyrets hale for å holde vektene. Pass på at du ikke strammer for mye, da det kan føre til begrensning av blodstrømmen.
MERK: I begynnelsen vil dyrenes oppførsel kjempe mot båndet og bite det, men etter et par dager vil de tolerere det, stelle som vanlig og ikke vise tegn på stress. - Sett inn de ønskede vektene i ledningen og hekte gatorklipsen (Materialtabell: Stål gatorklips og ledning for å holde vekter).
- Klem gatoren til det kliniske båndet festet til dyrets hale.
- Umiddelbart etter å ha klatret de nødvendige trinnene, fjern klemmen og la dyret hvile med det kliniske båndet på halen, men uten vekten (figur 1).
- Forbered følgende materialer: vekter, ledning for å holde vekter, stål gatorklips og klinisk tape.
3. Akklimatisering
MERK: Riktig akklimatisering er viktig for å unngå treningsavvisning og for å minimere stress. Akklimatisering er et avgjørende stadium før motstandsevalueringstester eller treningsprotokoller utføres. Tilstrekkelig tid bør brukes til å oppnå atferdsmessige tegn på komfort hos dyrene. Detaljer om daglig akklimatisering med statiske og dynamiske stiger er vist i henholdsvis tabell 1 og tabell 2.
- Venn dyrene til å holde seg på hvileområdet øverst på stigen (statisk eller dynamisk). La dyrene på dette stedet være i grupper på fire, med sengetøy fra buret, i 15 minutter hver dag. Vanligvis, etter 3-5 dager, vil dyrene ikke vise tegn på stress.
- Lær dyr å klatre opp, ikke ned, stigen. Bruk den statiske stigen til å plassere musene på et trinn nær toppen, hvorfra de kan se hvileområdet. De vil instinktivt gå til det. Lær dem deretter gradvis å klatre opp fra fem trinn (3x) den første dagen, til 10 trinn (3x) dagen etter, opp til 15 trinn (3x) (tabell 1).
Bruk samme prosedyre med den dynamiske stigen, først uten bevegelse, og deretter med stigen som beveger seg på 5,4 cm/s og 6,6 cm/s og dyrene klatrer opp i 2 minutter og fullfører fem serier (tabell 2). - Tilpass dyrene til å bære vekter, fra den tredje dagen av akklimatisering. Fest et stykke klinisk tape til bunnen av halen som vil bli brukt til å holde vekter.
- Fra den syvende dagen av akklimatisering, fest små vekter (5-10 g) til det kliniske båndet med et gatorklipp. Unngå å utføre for mange serier, slik at tilpasningen ikke forvandles til trening.
MERK: Akklimatisering av kontrollgruppen er obligatorisk i tilfelle denne gruppen utfører motstandstesten. Etter denne perioden, utfør en påminnelse om stigeklatring en gang i uken, med tape, men uten vekter.
4. Resistens evaluering
- Inkrementelle tester for å vurdere maksimal styrke
MERK: Denne testen har til hensikt å bestemme maksimal motstand målt som maksimal vekt som dyrene kan klatre 10 trinn på den statiske stigen, som definerer 10-repetisjonsmaksimum (10 RM) 4. Denne protokollen ble tilpasset fra tidligere studier (gjennomgått i Kregel et al.15).- For oppvarming utføres tre serier med 10-repetisjoner, 10 trinn/repetisjon, uten ekstern belastning. For den første serien settes skråningen til 90°, og deretter til 85°. Tillat en hvileperiode på 60 s mellom seriene.
- Sett skråningen på 85 ° (for å forhindre at vektene beiter eller hekter på trinnene på stigen).
- Fest båndet rundt dyrets hale for å holde vektene og forberede vektene som tidligere forklart.
- Start testen med en ekstern belastning på 10 g og utfør en serie på 10 trinn.
- Fjern vekten og la en hvileperiode på 120 s i hvileområdet.
- Utfør suksessive serier på 10 trinn og øk den ytre belastningen med 5 g til utmattelse. Tillat hvileperioden (120 s) mellom seriene.
- Hvis ett dyr ikke klarer å klatre 10 trinn med en bestemt vektbelastning, tillat et nytt forsøk med samme belastning etter 120 s hvile. Hvis det lykkes å klatre med lasten, fortsetter den testen med neste belastning. Hvis den mislykkes igjen, registrerer du vektbelastningen til den siste fullførte serien som maksimal vektbelastning.
- Testresultatet kan uttrykkes som absolutt ekstern vekt (g), som maksimal belastning i forhold til kroppsvekt (%), eller som massen løftet per gram kroppsvekt, etter forskerens skjønn.
MERK: Den forrige protokollen representerer en modell der mange modifikasjoner er mulige, for eksempel for å vurdere maksimal motstand hos genmodifiserte mus med nevromuskulære funksjonshemninger. Disse dyrene er ikke i stand til å klatre med ytre belastninger og har problemer med å klatre 10 trinn med stigen satt til 90 ° skråning (upubliserte data). Protokollen besto av å klatre fem trinn uten ytre belastning, og startet med en skråning på 110°. Hellingen gikk ned 5° i hver serie til 85° med 120 s hvile etter hver serie. I dette tilfellet ble maksimal motstand uttrykt da det akkumulerte antall trinn klatret (uten å vurdere repetisjoner etter feil). Wild-type kontrollgruppen, etter å ha nådd 85 ° skråningen, vil fortsette med testen ved å legge til ekstern vekt på halen, etter tidligere protokoll, til utmattelse.
- Maksimal utholdenhetsmotstandstest med statisk stige
- For oppvarming utføres tre serier med 10-repetisjoner, 10 trinn/repetisjon, uten ekstern belastning. For den første serien, sett skråningen på 90 °, og deretter på 85 °. Tillat en hvileperiode på 60 s mellom seriene.
- Sett skråningen på 85°.
- Klipp vekten på den kliniske tapen plassert rundt musens hale.
MERK: Avhengig av alder og egenskaper hos dyrene, kan den eksterne belastningen være den maksimale vekten oppnådd i en tidligere inkrementell test, en prosentandel av den (f.eks. 50%) eller en prosentandel kroppsvekt (f.eks. 100% -200%). Hvis denne testen utføres etter en treningsperiode, anbefales det å bruke samme belastning som i den første testen for å vurdere endringene. - Utfør påfølgende serier på 10 trinn til utmattelse. Ingen hviletid er tillatt etter hver serie.
- Testresultatet er antall klatrede trinn.
- Maksimal utholdenhetsmotstandstest med dynamisk stige
MERK: Bruken av den dynamiske stigen gjør det mulig for forskeren å kontrollere klatrehastigheten.- Sett skråningen på 85°.
- Still inn hastigheten til 4,2 cm/s.
- For oppvarming utfør tre serier på 100 trinn, uten ekstern belastning. Tillat en hvileperiode på 60 s mellom seriene.
- Klipp vekten på den kliniske tapen plassert rundt musehalen.
MERK: Avhengig av alder og egenskaper hos dyrene, kan den eksterne belastningen være den maksimale vekten oppnådd i en tidligere inkrementell test, en prosentandel av den (f.eks. 50%) eller en prosentandel kroppsvekt (f.eks. 100% -200%). Hvis denne testen utføres etter en treningsperiode, anbefales det å bruke samme belastning som i den første testen for å vurdere endringene. - Start på 4,2 cm/s og øk hastigheten med 1,2 cm/s hver 60 s til utmattelse.
MERK: Testresultatet er treningstiden, antall trinn som er klatret, eller maksimal hastighet.
5. Motstandstrening med statisk stige
MERK: Før treningsperioden starter, er akklimatisering (tabell 1) og treningsplanlegging nødvendig. For å redusere angst, tilpasse og trene musene i grupper på fire dyr som deler samme bur.
- For daglig oppvarming utføres tre serier med 10 repetisjoner, 10 trinn/repetisjon, uten ekstern belastning. For den første serien settes skråningen til 90°, og deretter til 85°. Tillat en hvileperiode på 60 s mellom seriene.
- Treningsøkten starter på hvileområdet. Klipp gator med vekten på klinisk tape.
- Plasser musen forsiktig 10-20 trinn under hvilestedet. La musen ta tak i trinnet og klatre til hvileområdet.
Gjenta denne prosessen til antall trinn i denne serien (f.eks. 10 trinn x 10 serier) er fullført. - Fjern vekten fra musehalen og vent i 120 s til neste serie.
- Øk antall trinn og maksimal vektbelastning i serien gjennom treningsperioden, samtidig som ukeplanen opprettholdes.
MERK: Et eksempel på variasjon av belastninger i løpet av en ukes planlegging er vist i tabell 3. Kort tid, tirsdag og fredag med høy vektbelastning (40-50 g) og et lavt antall trinn (500-400); Mandag og torsdag med middels vektbelastning (25-35 g) og et mellomliggende antall trinn (800-600); og onsdag uten vektbelastning, men et høyt antall skritt (2000). Denne utformingen letter restitusjonen fra tidligere treningsøkter og unngår skader og overtrening. Eksempler på 3 ukers trening med flere design ved bruk av den statiske stigen er vist i tabell 4 (henholdsvis i begynnelsen, i midten og på slutten av treningsperioden)4.
6. Motstandstrening med dynamisk stige
MERK: Etter akklimatisering er treningen på den dynamiske stigen ganske lik den statiske (tabell 2). Trening utføres på 2-4 mus om gangen.
- Sett skråningen til 85°, lukk døren til hvileområdet og start stigen med ønsket hastighet (f.eks. 5,4 cm/s).
- For oppvarming utfør tre serier på 100 trinn, uten ekstern belastning. Tillat en hvileperiode på 60 s mellom seriene.
- Før treningsøktene starter, når musen er i hvileområdet, klipp gatoren med vekten på det kliniske båndet. Alternativt kan vekten festes når musen allerede er på stigen.
- Plasser musen forsiktig på toppen av den bevegelige trappen med vekten på halen. La musene ta tak i trinnet og klatre.
- Når antall trinn i denne serien er nådd (f.eks. 100), fjerner du vektene. Deretter åpnes døren slik at dyret kan gå til hvilestedet. Hviletiden er 120 s før neste serie.
MERK: Antall skritt som klatres telles som en funksjon av klatretiden ved innstilt hastighet. - Gjenta denne prosedyren til treningsøkten er fullført. Det detaljerte daglige treningsprogrammet er vist i tabell 5.
7. Evaluering av crossover-effekten av motstandstrening på utholdenhetsprestasjoner
MERK: For dette utføres en inkrementell tredemølletest4, etter 24 timers hvile.
- Etter en oppvarming på 3 min ved 10 cm/s, start den trinnvise testen ved 10 cm/s og 10° hellingsvinkel.
- Øk hastigheten med 3,33 cm/s hvert 3. minutt til utmattelse.
MERK: Ingen elektriske støt brukes, så en malerpensel er plassert på baksiden av tredemøllen for å forhindre at musene løper av den.
8. Dyrs oppførsel under prosedyrer
MERK: Kontinuerlig overvåking av tilpasning av mus til trening bør utføres for å oppdage ekstrem tretthet, overtrening eller skade.
- Vær oppmerksom på tegn på dyrevelferd, spesielt pleie og avslag på trening. Den normale oppførselen til musen, etter en serie intens trening, er å forbli inaktiv i omtrent ett minutt på grunn av tretthet. Etter det begynner de å stelle, utforske eller prøve å fjerne båndet på halen.
- I tilfelle en mus nekter å trene en serie, kan du prøve å gi lengre hviler eller til og med ikke utføre den serien for å forhindre inhibering.
- Av og til, når du utfører lette øvelser, skyv forsiktig dyrets hale for å oppmuntre det til å fullføre serien. Dyrene slutter å klatre fordi det ikke er en krevende oppgave. Omvendt, når dyr bærer en tung belastning, skift forsiktig dyrets vekt for å lette belastningen og oppmuntre den til å fullføre serien, og la dyret hvile til neste treningsøkt. Dyrene kan stoppe eller til og med forsøke å stige ned på grunn av den store belastningen.
9. Sikkerhetsprosedyrer
- Sikkerhetsprosedyrer for forskere: Utfør forskning i dyreavdelingens laboratorium og bruk skodeksler, kjeledresser, hansker, caps og masker. Det er ingen andre krav enn de som er spesifikke for dyreforsøk.
- Sikkerhet for dyr: Under treningsøktene må det tas kontinuerlig hensyn til dyrene, på grunn av potensielle farer, for eksempel fall eller hopp. Plasser en hånd under vektene for å fange og holde musene i tilfelle fall på grunn av utmattelse, siden evnen til å holde fast i trinnene riktig vil være begrenset.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Resultater med statisk stige
Den progressive motstandstreningsprotokollen som ble brukt og beskrevet av Codina-Martinez et al.4 (tabell 4) ble testet i en foreløpig studie bestående av 7 ukers trening på en statisk stige med 6 måneder gamle villtype C57BL6J-mus (n = 4). I denne foreløpige studien ble det utført inkrementelle tester for å vurdere maksimal styrke før og etter treningsperioden. Vi observerte en 46,4% økning i maksimal styrke, noe som betyr at de på slutten av treningsperioden var i stand til å klatre med 1,9 ganger kroppsvekten (upubliserte data).
I studien av Codina-Martínez et al.4 ble hannmus (C57BL6N/129Sv) mangelfull i Atg4b 16 og deres tilsvarende villtypekontroller (8 uker gamle, n = 36 per genotype) trent i 14 uker (tabell 4). Inkrementelle tester for å vurdere maksimal motstand, før og etter treningsperioden, viste en prosentvis endring på 44% hos trente villtypedyr og 15,3% hos atg4b-/- mus.
I en annen studie ble 8 uker gamle C57BL6N-mus trent i 4 uker, 5 dager/uke (n = 8) (upubliserte data). Alle øktene ble designet for å oppnå samme treningsvolum gjennom en kombinasjon av antall skritt klatret (eller avstand mot tyngdekraften) og vektbelastning17 og var basert på resultatene oppnådd i en maksimal styrketest før treningsperioden. Antall skritt per treningsøkt varierte mellom 400-2000 avhengig av maksimal vektbelastning, som varierte mellom 25-65% av den maksimale vektbelastningen ved testen før trening. Vi valgte disse maksimale vektområdene fordi det er beskrevet at under 75% av maksimal vekt er det ikke noe hastighetstap for å klatre 1 RM, noe som er viktig for å standardisere intensiteten av submaksimal innsats18. Igjen, før og etter treningsperioden ble det utført inkrementelle tester for å vurdere maksimal styrke. Den gjennomsnittlige prosentandelen av variasjon i denne parameteren var 40%. Toppstyrken ble nådd av en 27 g mus, som var i stand til å klatre 10 RM med 120 g etter treningsperioden.
Resultater med dynamisk stige
For å evaluere den dynamiske stigen som et verktøy for motstandstrening, gjennomførte vi et eksperiment med sikte på å vurdere effekten av to typer styrketrening: utholdenhetsmotstandstrening og styrketrening. Designet og resultatene av denne studien er vist her for første gang. 8 uker gamle C57BL6N-mus ble delt inn i tre grupper: Ikke-trent kontroll (C, n = 5), utholdenhetsmotstand (E-R, n = 8) og styrke (S, n = 7). Etter en 3-ukers (12 økter) akklimatiseringsperiode (tabell 2) ble musene trent i 6 uker, 5 dager / uke (mandag til fredag), fra kl. 09.00, for totalt 22 økter. For å redusere angst ble mus trent i grupper på fire dyr som delte samme bur. Aversive stimuli ble unngått, for å minimere stress. E-R-gruppen utførte tre ganger flere repetisjoner med 1/3 av vektbelastningen sammenlignet med S-gruppen, så de utførte alle det samme akkumulerte arbeidet, med forskjellige kombinasjoner av belastning og repetisjoner. Hastigheten var konstant for alle grupper, satt til 5,4 cm/s. Skråningen ble satt til 85°.
Normaliteten av variablene ble testet med Shapiro-Wilk test. Resultatene vises som gjennomsnitt ± standardavvik (SD). t-test og ANOVA (Bonferroni post-hoc) ble brukt for statistiske forskjeller. Signifikante endringer ble satt til p < 0,05. Det statistiske programmet R (www.r-project.org) ble brukt til alle statistiske analyser.
Alle dyr inkludert i opplærings- og kontrollgruppen fullførte studien. Gjennomsnittlig daglig matinntak per mus var 2,8 ± 0,11 g for C, 3,2 ± 0,24 g for E-R og 3,3 ± 0,13 g for S. Trente mus hadde et høyere matinntak enn kontrollmus (p < 0,05). Det var imidlertid ingen forskjell i kroppsvekt etter intervensjonen (C: 28,0 ± 3,18 g, E-R: 28,5 ± 1,93 og S: 28,1 ± 2,52 g).
Den signifikante økningen i maksimal styrke etter treningsperioden ble observert i S (29,5 ±1 0,9 %) og E-R-grupper (41,5 ± 2,5 % økning), mens en ikke-signifikant økning ble observert for C (20,0 ± 4,0 %) (figur 2). Utholdenhetsmotstand målt ved slutten av treningsperioden (figur 3) var signifikant høyere i E-R-gruppen sammenlignet med S-gruppen (122,5 vs 26,9 rungs, p = 0,005) og C-gruppene (122,5 vs 18,8 rungs, p = 0,013).
Krysstreningseffekten av disse modellene og effekten av styrketrening på utholdenhet ble også studert. For dette formålet utførte alle dyr en inkrementell maksimal utholdenhetstest på tredemølle før og etter treningsperioden, i henhold til protokollene som tidligere er beskrevet19. Et signifikant tap i utholdenhet ble observert i C (Pre: 1219 ± 133 s vs. Post: 982 ± 149 s, p = 0,004), mens ingen signifikante endringer ble observert for S (Pre: 1364 ± 285 s vs. Post: 1225 ± 94 s, p = 0,253), og E-R (Pre: 1139 ± 96 s vs. Post: 1185 ± 84 s, p = 0,164).
Figur 2: Maksimal styrke målt med en inkrementell test, før og etter en 6-ukers motstandstreningsperiode på en dynamisk stige etter to treningsmodeller: Styrke og utholdenhetsmotstand. Forklaring: * p < 0,05; ** p < 0,01. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Maksimal utholdenhetsmotstand målt med maksimal utholdenhetsmotstandstest, før og etter en 6-ukers motstandstreningsperiode på en dynamisk stige, etter to treningsmodeller: Styrke og utholdenhetsmotstand. Forklaring: C: Kontroll; S: Styrke og E-R: Utholdenhetsmotstand. * p < 0,05. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Tabell 1: Eksempel på en 10-dagers akklimatiseringsprotokoll med statisk stige og villtypemus. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Tabell 2: Eksempel på en 14-dagers akklimatiseringsprotokoll med dynamisk stige og villtypemus. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Tabell 3: Eksempel på en treningsuke med statisk stige. Forklaring: Rep: repetisjoner, Trinn: antall trinn klatret, Skråning: vinkel med horisontalplanet og belastning: vekt (g) festet til halen. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Tabell 4: Eksempel på tre ukers trening med statisk stige som del av en 14-ukers treningsperiode. Merket som lav (økt 1-4), middels (10-14) og høy belastning (30-34). Forklaring: Rep: repetisjoner, Trinn: antall trinn klatret, Skråning: vinkel med horisontalplanet og belastning: vekt (g) festet til halen. Denne tabellen er tilpasset fra Codina-Martinez et al. 20204. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Tabell 5: Eksempel på trening med dynamisk stige. Program for to grupper av utholdenhet-motstand og styrketrening. Forklaring: Oppvarmingen er felles for begge gruppene. Hellingen er satt til 85°. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Trening er en intervensjon med flere anvendelser i forskning, bortsett fra studiet av øvelsen selv. Dermed har analysen av effekten på aldring20 eller visse patologiske forhold og fysioterapi21 fått mye oppmerksomhet de siste årene. I tillegg har mange forfattere analysert effekten av farmakologiske22 eller diett21 intervensjoner på fysisk form. I denne sammenheng har det oppstått interesse for å analysere forskjellige treningsmodaliteter separat, med en fremvoksende interesse for motstandsøvelse. Motstandsøvelse fremkaller en annen molekylær respons på utholdenhet i mange vev 23,24 og har også vist seg å ha en spesifikk effekt på en rekke patologiske forhold21.
Bruk av dyremodeller for studier av motstandsøvelse er et verktøy med flere applikasjoner. Det tillater karakterisering av en bestemt fenotype i modeller av patologier eller genetisk modifiserte dyr, selv om denne beskrivelsen vanligvis ikke er inkludert. I tillegg gir implementeringen av treningsprotokoller og evalueringen av deres innvirkning på disse modellene innsikt i fysiologien eller patofysiologien til disse forholdene25.
Noen forfattere har tidligere gjennomført motstandstrening med rotter 12,13 og mus 4,14, ved hjelp av forskjellige treningsmodeller. Noen forfattere har brukt isometriske muskelkontraksjonsprotokoller for å trene og vurdere styrke26. Overbelastningshopping i vannet og vektsvømming ble også brukt 9,10. Nervestimulering utført under anestesi11, og kombinere motstandstrening med kirurgiske prosedyrer for å forårsake biomekanisk muskeloverbelastning og muskelhypertrofi27 er også gjort.
Noen av tiltakene for å bedre resistensen har imidlertid noen svakheter. Tvungen trening med elektriske støt har vist seg å forstyrre eksperimentelle resultater28. Noen av prosedyrene er stressende fordi de er avhengige av tvungen svømming for å forhindre at dyret drukner 9,10. Nervestimulering er ikke en frivillig muskelkontraksjon og utføres under anestesi11. Den enkleste tilnærmingen til motstandstrening og vurdering er ikke-invasive prosedyrer ved bruk av konsentriske/eksentriske muskelkontraksjoner.
Selv om de vanligste enhetene for å anvende disse protokollene er statiske stiger som dyrene klatrer med ytre vekter, kan motstandsøvelse også utføres ved hjelp av dynamiske enheter. I denne forbindelse brukte Konhilas et al.29 vektede hjul. Denne tilnærmingen er imidlertid mer som en utholdenhetsøvelse med høy intensitet, så spesifisitet vil gå tapt. I denne artikkelen viser vi for første gang protokoller for motstandstrening og motstandsevaluering ved hjelp av en dynamisk stige, noe som muliggjør svært allsidige tilnærminger. Resultater ved implementering er også inkludert. I tillegg betyr bruken av en dynamisk stige mindre manipulering av dyrene, da de kan klatre med vekt kontinuerlig, uten behov for å klatre en rekke trinn som med en statisk stige.
Kraftvurderingen av toppkrefter kan utføres ved hjelp av gripestyrke30 og dreiemoment generert ved direkte nervestimulering31. Vurderingen av styrke ved hjelp av stigene er nyttig for senere treningsplanlegging. Den dynamiske stigen gjør det også mulig å utføre tidsbegrensningstester, og evaluere antall trinn som en funksjon av lasten. Denne prosedyren tilsvarer det maksimale antall vektrepetisjonstester utført hos mennesker7.
Videre, i forhold til trenings- og vurderingsmetoder, legger vi i denne artikkelen vekt på akklimatisering som en nøkkelfaktor for å unngå treningsvegring på både statiske og dynamiske stiger. Denne akklimatiseringen oppnås ikke ved matbelønning, som beskrevet i Yarsheski et al.13, men ved å lære musene å nå hvileområdene på toppen av stigene, slik at de er motiverte til å klatre, uten behov for matrestriksjoner. Vårt mål har vært å oppnå humanisert dyretrening, som foreslått av Seo et al.32. I denne forbindelse er det også verdt å merke seg at musene, etter denne protokollen, blir trent i grupper samtidig som de opprettholder sosial interaksjon. I protokollene vist i denne artikkelen var dyrenes avslag på trening ikke-eksisterende i både statiske og dynamiske stiger. Dette kan skyldes tilpasningsprotokollen.
Våre resultater viser at forskjellige protokoller med forskjellige dyremodeller var effektive for å forbedre maksimal styrke. De var også følsomme nok til å oppdage forskjeller mellom genmodifiserte dyr med endringer i muskelfunksjon og villdyr, både i maksimal motstand og som svar på trening4. Videre viste en sammenligning av treningsprogrammene med den dynamiske stigen (styrke og utholdenhetsmotstand) at alle grupper av mus økte sin maksimale styrke, inkludert C. For C kan dette skyldes at musene var unge i begynnelsen av treningsperioden og fortsatt vokste. Likevel var forbedringen i S- og E-R-gruppene mye større, noe som er bevis på effekten av trening. Videre, i utholdenhetstesten etter trening, som besto av å klatre så mange trinn som mulig med maksimal vekt oppnådd i den inkrementelle testen før trening, var E-R-gruppen klart bedre enn S- og C-gruppene. Videre viste den inkrementelle tredemølletesten at det ikke var noen reduksjon i utholdenhet i noen av treningsgruppene, mens en reduksjon ble observert i C-gruppen. Dette samsvarer med krysstreningseffekten av motstandstrening på utholdenhet som tidligere er beskrevet33. Disse resultatene antyder på den ene siden spesifisiteten til motstandstreningsprotokollene som presenteres i denne studien for å øke motstands- og utholdenhetskapasiteten. Samtidig viser begge treningsmodalitetene en variert effekt på fysisk form34, sannsynligvis på grunn av et mangfoldig sett med molekylære mekanismer utløst av hver treningsmodell, overlappende til en viss grad23.
Selv om disse treningsmodellene påvirket den generelle motstanden til de involverte dyregruppene, har vi også observert stor heterogenitet både i individenes startmotstand og i respons på trening (figur 2 og figur 3). Denne observasjonen er i tråd med det som er beskrevet av andre forfattere35. Dette bør tas i betraktning når resultatene av inngrepet tolkes i de forskjellige parametrene som skal evalueres i prøvene fra disse dyrene.
Til slutt er den statiske stigen også egnet for eksentrisk trening. Det kan utføres ved å synke med en nær maksimal eller supramaksimal belastning. Belastningen som påføres for denne prosedyren, må være høy (f.eks. 90 % -100 % eller høyere enn den maksimale inkrementelle konsentriske testbelastningen). Når mus bærer en nesten maksimal belastning, prøver de naturlig å synke. Ved eksentrisk trening er det nødvendig å la dyrene synke i stedet for å stige opp i akklimatiseringsperioden. Av denne grunn er det ikke lett å kombinere både konsentrisk og eksentrisk trening hos mus, og bare en treningsmodell er mulig på et gitt tidspunkt.
Hovedbegrensningen i protokollene som presenteres her er at evaluering av en eller annen type styrke, for eksempel maksimal isometrisk styrke, ikke er mulig, så andre enheter og protokoller, for eksempel gripestyrke, må brukes.
Endelig er motstandstrening og vurdering ved hjelp av statiske og dynamiske stiger en gjennomførbar metode i dyreforsøk, med et bredt spekter av protokoller avhengig av formålet med studien.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Korresponderende forfatter sørger for at alle forfattere ikke har noen interessekonflikter.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet delvis av Ministerio de Economía y Competitividad, Spania (DEP2012-39262 til EI-G og DEP2015-69980-P til BF-G). Takk til Frank Mcleod Henderson Higgins fra McLeod's English Centre i Asturias, Spania, for språkhjelp.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dynamic ladder | in-house production | ||
| Elastic adhesive bandage 6 cm x 2.5 m | BSN medical | 4005556 | |
| Gator Clip Steel NON-INSUL 10A | Digikey electronics | BC60ANP | |
| Static ladder | in-house production | ||
| Weights | in-house production | ||
| Wire for holding weigths | in-house production |
References
- Pedersen, B. K., Saltin, B. Exercise as medicine - evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 25, Suppl 3 1-72 (2015).
- Westcott, W. L. Resistance training is medicine: effects of strength training on health. Current Sports Medicine Reports. 11 (4), 209-216 (2012).
- Garatachea, N., et al. Exercise attenuates the major hallmarks of aging. Rejuvenation Research. 18 (1), 57-89 (2015).
- Codina-Martinez, H., et al. Autophagy is required for performance adaptive response to resistance training and exercise-induced adult neurogenesis. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 30 (2), 238-253 (2020).
- Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Quinn, L. S. Assessment of murine exercise endurance without the use of a shock grid: an alternative to forced exercise. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (90), e51846 (2014).
- Meijer, J. H., Robbers, Y.
- Suchomel, T. J., Nimphius, S., Bellon, C. R., Hornsby, W. G., Stone, M. H. Training for muscular strength: Methods for monitoring and adjusting training intensity. Sports Medicine. 51 (10), 2051-2066 (2021).
- Pousson, M., Perot, C., Goubel, F. Stiffness changes and fibre type transitions in rat soleus muscle produced by jumping training. Pflügers Archive. 419 (2), 127-130 (1991).
- Marqueti, R. C., et al. Biomechanical responses of different rat tendons to nandrolone decanoate and load exercise. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 21 (6), 91-99 (2011).
- Cunha, T. S., Tanno, A. P., Costa Sampaio Moura, M. J., Marcondes, F. K. Influence of high-intensity exercise training and anabolic androgenic steroid treatment on rat tissue glycogen content. Life Sciences. 77 (9), 1030-1043 (2005).
- Heinemeier, K. M., et al. Expression of collagen and related growth factors in rat tendon and skeletal muscle in response to specific contraction types. The Journal of Physiology. 582, 1303-1316 (2007).
- Hornberger, T. A., Farrar, R. P. Physiological hypertrophy of the FHL muscle following 8 weeks of progressive resistance exercise in the rat. Canadian Journal of Applied Physiology. 29 (1), 16-31 (2004).
- Yarasheski, K. E., Lemon, P. W., Gilloteaux, J. Effect of heavy-resistance exercise training on muscle fiber composition in young rats. Journal of Applied Physiology. 69 (2), 434-437 (1990).
- Khamoui, A. V., et al. Aerobic and resistance training dependent skeletal muscle plasticity in the colon-26 murine model of cancer cachexia. Metabolism. 65 (5), 685-698 (2016).
- Kregel, K. C., et al. Resource book for the design of animal exercise protocols. American Physiological Society. 152, (2006).
- Marino, G., et al. Autophagy is essential for mouse sense of balance. The Journal of Clinical Investigation. 120 (7), 2331-2344 (2010).
- Figueiredo, V. C., de Salles, B. F., Trajano, G. S. Volume for muscle hypertrophy and health outcomes: The most effective variable in resistance training. Sports Medicine. 48 (3), 499-505 (2018).
- Gentil, P., et al. Using velocity loss for monitoring resistance training effort in a real-world setting. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 43 (8), 833-837 (2018).
- Fernández-Sanjurjo, M., et al. Is physical performance (in mice) increased by Veillonella atypica or decreased by Lactobacillus bulgaricus. Journal of Sport and Health Science. 9 (3), 197-200 (2020).
- Shiguemoto, G. E., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase-2 activity and biomechanics and physical properties of bone in ovariectomized and intact rats. Scandivavian Journal of Medicine & Science in Sports. 22 (5), 607-617 (2012).
- de Sousa Neto, I. V., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase activity in skeletal muscles and blood circulation during aging. Frontiers in Physiology. 9, 190 (2018).
- Ghosh, S., Golbidi, S., Werner, I., Verchere, B. C., Laher, I. Selecting exercise regimens and strains to modify obesity and diabetes in rodents: an overview. Clinical Science. 119 (2), 57-74 (2010).
- Mônico-Neto, M., et al. Resistance training minimizes catabolic effects induced by sleep deprivation in rats. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 40 (11), 1143-1150 (2015).
- Hawley, J. A., Hargreaves, M., Joyner, M. J., Zierath, J. R.
- Booth, F. W., Laye, M. J., Spangenburg, E. E. Gold standards for scientists who are conducting animal-based exercise studies. Journal of Applied Physiology. 108 (1), 219-221 (1985).
- Kruger, K., et al. Functional and muscular adaptations in an experimental model for isometric strength training in mice. PLoS One. 8 (11), 79069 (2013).
- Hendrickse, P. W., Krusnauskas, R., Hodson-Tole, E., Venckunas, T., Degens, H. Endurance exercise plus overload induces fatigue resistance and similar hypertrophy in mice irrespective of muscle mass. Experimental Physiology. 105 (12), 2110-2122 (2020).
- Knab, A. M., et al.
- Konhilas, J. P., et al. Loaded wheel running and muscle adaptation in the mouse. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 289 (1), 455-465 (2005).
- Reiter, A., et al. Functional measures of grip strength and gait remain altered long-term in a rat model of post-traumatic elbow contracture. The Journal of Biomechanical Engineering. , (2019).
- Stieglitz, T., Schuettler, M., Schneider, A., Valderrama, E., Navarro, X. Noninvasive measurement of torque development in the rat foot: measurement setup and results from stimulation of the sciatic nerve with polyimide-based cuff electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11 (4), 427-437 (2003).
- Seo, D. Y., et al. Humanized animal exercise model for clinical implication. Pflügers Archiv. 466 (9), 1673-1687 (2014).
- Tanaka, H., Swensen, T. Impact of resistance training on endurance performance. A new form of cross-training. Sports Medicine. 25 (3), 191-200 (1998).
- Hakkinen, K., Mero, A., Kauhanen, H. Specificity of endurance, sprint and strength training on physical performance capacity in young athletes. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 29 (1), 27-35 (1989).
- Vellers, H. L., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Inter-individual variation in adaptations to endurance and resistance exercise training: genetic approaches towards understanding a complex phenotype. Mammalian Genome. 29 (1), 48-62 (2018).
