Förbättrad styrka, kraft, muskel aerob kapacitet och glukos tolerans genom kortvarig progressiv styrketräning bland äldre människor

JoVE Journal
Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Effekten av kortvarig motståndsträning på äldre personer undersöktes genom samtidig användning av flera metoder. Jämfört med en kontrollgrupp sågs många förbättringar, inklusive muskel aerob kapacitet, glukos tolerans, styrka, kraft och muskelkvalitet ( dvs. protein involverat i cellsignalering och typ av komposition av muskelfibrer).

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Andersson, E. A., Frank, P., Pontén, M., Ekblom, B., Ekblom, M., Moberg, M., Sahlin, K. Improving Strength, Power, Muscle Aerobic Capacity, and Glucose Tolerance through Short-term Progressive Strength Training Among Elderly People. J. Vis. Exp. (125), e55518, doi:10.3791/55518 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Detta protokoll beskriver samtidig användning av ett brett spektrum av metoder för att undersöka muskel aerob kapacitet, glukos tolerans, styrka och kraft hos äldre personer som utför kortvarig motståndsträning (RET). Övervakad progressiv resistensutbildning i 1 h tre gånger i veckan under 8 veckor utfördes av RET-deltagare (71 ± 1 år, intervall 65-80). Jämfört med en kontrollgrupp utan träning visade RET förbättringar av de åtgärder som användes för att indikera styrka, kraft, glukostolerans och flera parametrar av muskel aerob kapacitet. Styrketräning utfördes i ett gym med endast robust träningsutrustning. En isokinetisk dynamometer för knäförlängningsstyrkan möjliggjorde mätningen av koncentrisk, excentrisk och statisk styrka, vilket ökade för RET-gruppen (8-12% efter versus förprov). Kraften (kraftutveckling, RFD) vid de initiala 0-30 msna visade också en ökning för RET-gruppen (52%). Ett glukostoleransprov med frittNt blodglukosmätningar visade endast förbättringar för RET-gruppen när det gäller blodglukosvärden efter 2 h (14%) och arean under kurvan (21%). Blodlipidprofilen förbättras också (8%). Från muskelbiopsiprover framställda med hjälp av histokemi ökade mängden fiber typ IIa och en trend mot en minskning av IIx i RET-gruppen återspeglade en förändring till en mer oxidativ profil vad gäller fiberkompositionen. Western blot (för bestämning av proteininnehållet som är relaterat till signaleringen för muskelproteinsyntes) visade en ökning av 69% i både Akt och mTOR i RET-gruppen; Detta visade också en ökning av mitokondriella proteiner för OXPHOS-komplex II och citratsyntas (båda ~ 30%) och för komplexa IV (90%), endast i RET-gruppen. Vi visar att denna typ av progressiv motståndsträning erbjuder olika förbättringar (t ex styrka, kraft, aerob kapacitet, glukos tolerans och plasma lipidprofil).

Introduction

Åldrande är förknippad med en förlust av muskelmassa (sarkopi), styrka och kraft. Minskad styrka, och förmodligen ännu viktigare, kraft, resulterar i immobilitet, ökad risk för skada och minskad livskvalitet. Motståndsträning är en välkänd strategi för att motverka sarkopati och försämrad muskelfunktion. En grov uppskattning av muskelstyrkan kan erhållas från belastningen eller antalet uppnådda upprepningar. Denna studie fick emellertid mer detaljerad och exakt information om muskelfunktionen med en isokinetisk dynamometer för att samla information om vridmomentet under isometrisk, koncentrisk och excentrisk sammandragning samt på kinetiken för kraftutveckling.

Aerob kapacitet, både på hela kroppsnivå (VO 2max ) och i skelettmuskeln, minskar hos äldre. Nedgången i hjärtfrekvensen med ålder förklarar en stor del av minskningen i VO 2max 1 , men minskad musRen oxidativ kapacitet, i stor utsträckning relaterad till minskad fysisk aktivitet 2 , bidrar. Nedsatt mitokondriell funktion kan också vara involverad i utvecklingen av sarkopati och insulinresistens 3 . Muskel aerob kapacitet uppskattades i muskelbiopsier genom biokemiska analyser av innehållet i mitokondriella enzymer och proteinkomplex som befinner sig både i matrisen ( dvs citratsyntas) och det inre mitokondriella membranet. Dessutom användes histokemiska tekniker för att mäta effekten av resistent träning på muskelmorfologi ( dvs fibertypsammansättning, fiber tvärsnittsarea och kapillärdensitet). En alternativ metod för att utvärdera muskel aerob kapacitet skulle vara att använda magnetisk resonansspektroskopi för att mäta hastigheten av kreatinfosfatresyntes efter träningsinducerad utarmning 4 . Denna metod ger en uppskattning av in vivo muskel aerob kapacitY men kan inte diskriminera mellan mitokondriell dysfunktion och cirkulationsstörningar. Dessutom begränsar de höga kostnaderna för utrustning användningen av denna teknik i de flesta laboratorier. Aerob kapacitet (VO 2max och mitokondriellitet) kan förbättras genom uthållighetsträning hos både unga och gamla 5 , 6 . Effekten av motståndsträning på dessa parametrar har dock undersökts mindre, särskilt hos äldre personer, och resultaten är motstridiga 7 , 8 , 9 , 10 .

Typ 2-diabetes är en utbredd sjukdom hos den äldre befolkningen. Fysisk inaktivitet och fetma är viktiga livsstilsrelaterade faktorer som förklarar den ökade incidensen av typ 2-diabetes. Aerob träning med låg intensitet rekommenderas ofta till patienter med nedsatt glukostolerans. Det är emellertid okLear hur styrketräning hos äldre påverkar glukostolerans / insulinkänslighet 11 , 12 . Det mest exakta sättet att mäta insulinkänsligheten är att använda glukosklämtekniken, där blodglukosen bibehålls konstant genom glukosinfusion under förhållanden med förhöjt insulin 13 . Nackdelarna med denna teknik är att det är tidskrävande och invasiv (arteriell kateterisering) och kräver speciella laboratorieanläggningar. I den här studien användes det muntliga glukostoleransprovet, vilket är vanligt inom hälsovårdsenheter. Denna metod är lämplig när flera ämnen ska undersökas under en begränsad tid.

Testningen och tidslinjen för försöksproceduren kan sammanfattas enligt följande. Använd tre separata dagar för testning före och efter en åtta veckorsperiod med samma arrangemang och ungefärliga tidsplaner (≥24 timmar mellan varje dag < Stark> Figur 1). På den första testdagen mäta: antropometriska data, såsom höjd, kroppsmassa, fettfri massa (FFM) och övre benets omkrets ( dvs. 15 cm ovanför apexpatellaen i en avslappnad bakre position); Submaximal cykelförmåga; Och knämuskelstyrka, som beskrivs i steg 4 och 5. Ta en muskelbiopsi från låret på den andra testdagen. För ytterligare beskrivningar, se steg 6.1. Testa oral glukostolerans (OGTT) på den sista testdagen. För ytterligare beskrivningar, se steg 7.1. Be alla deltagare att undvika kraftig fysisk aktivitet i 24 timmar och att snabba över natten före varje testdag. Be dem emellertid att undvika ansträngande fysisk aktivitet i 48 timmar före OGTT testdagen. Be dem att följa sin normala vardagliga fysiska aktivitet och kostvanor. Observera att före och efter ingrepp var båda gruppernas självrapporterade matintag och typ av livsmedel oförändrade.

Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Figur 1: Experimentellt protokoll. Schematiskt diagram Tidpunkten mellan de tre före- och efterprov var liknande för varje ämne och var minst 24 timmar. Ytterligare detaljer ges i texten. Denna siffra har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Denna studie försökte undersöka effekten av kortvarig motståndsträning hos äldre på muskeloxidativ kapacitet och glukostolerans. Det andra syftet var att undersöka effekten på styrka, kraft och muskelkvalitativa förbättringar ( dvs. proteiner involverade i cellsignalering och komposition av muskelfibrer).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Stockholms regionala etiska kommitté godkände undersökningen.

1. Material

  1. Rekrytera relativt friska kvinnor och män 65-80 år som har BMI-värden mellan 20 och 30 kg · m -2 . Slå dem i två grupper. Se till att individerna i båda grupperna har relativt låga fysiska aktivitetsnivåer ( dvs. måttlig daglig fysisk aktivitet och ingen regelbunden träning).
  2. Uteslut betablockerare och personer med kranskärlssjukdom och allvarliga neurologiska eller gemensamma problem.
  3. Fråga ämnena för sitt skriftliga samtycke efter att ha informerat dem om eventuella obehag och risker i test- och träningssessionerna.
  4. Balansera motståndsträningen (RET) och kontrollera utan träning (CON) -grupper när det gäller ålder, kön och BMI. Be en grupp att utföra RET under en tränare i 1 h tre gånger i veckan i åtta veckor; Den andra gruppen kommer att fungera som kontroversLs (CON).

2. Test och utbildning

Obs: De åtta övningarna är standardstyrketräning: sittande benpress, sittande bukpress, bakre bröstpress, sittande ryggförlängning, sittande axelpress, sittande rodd, sittande benförlängning (knäförlängning) och benstrålning (knäböjning) ; Se Figur 8 i avsnittet Representativa resultat.

  1. Under den första träningspasset, bedöma maximal styrka vid en maximal repetition (1 RM) för varje träningspass.
    OBS! Den 1 RM-modellen används vanligtvis och definieras som den last vid vilken motivet kan lyfta eller trycka motståndet en gång men inte två gånger.
    1. Innan starten, be deltagaren att utföra en kort uppvärmning (med några initiala försök vid mycket låga viktbelastningar) av den testade träningen. Därefter ökas lasten till strax under det sannolika 1 RM-värdet (oftast maximalt 3-4 ökat loannonser). Registrera maximal belastning som motivet kan utföra en gång (= 1 RM).
    2. Mät 1 RM i de åtta standardstyrka träningsövningarna (se Figur 8 i avsnittet Representativa resultat). Be ämnena vila i minst 2-3 minuter mellan varje testad övning.
      OBS: Styrketräningsutrustning användes för alla träningsövningar, inklusive provning av varje träning.
  2. Be hela RET-gruppen att utföra 1 timmars övervakad styrketräning tre gånger i veckan i åtta veckor. Be deltagarna att efter uppvärmning utföra de åtta ovan nämnda standardutbildningsövningarna. De bör upprepa en övning 12 gånger i varje uppsättning och utföra tre uppsättningar av varje övning. Tillåt vila i 1 min mellan varje uppsättning och 2-3 min mellan varje övning.
    1. Fråga personer att utföra varje övning så fort som möjligt under den koncentriska fasen ( dvs muskelförkortningsfasen) och långsamt underExcentrisk fas ( dvs. muskelförlängningsfasen).
      OBS: Ämnen kan göra övningarna i vilken ordning som helst. Be dem dock att börja och sluta med ett benövning och också försöka utföra de åtta övningarna i den presenterade ordningen. Använd styrketräning för alla åtta övningar.
    2. Under varje träningspass, be deltagarna att utföra tre uppsättningar på 75-80% av 1 RM för varje övning. Öka belastningen med ca 5% sessionen efter när en deltagare kan göra 12 repetitioner i alla tre uppsättningarna av en övning.

3. Submaximal cykeltest

Obs! Utför det submaximala cykeltestet på testdag 1 (se Introduktion och Figur 1 ).

  1. Utför ett ergometersymtest, inklusive två submaxima nivåer, vardera i 4 min 14 , 15 . Ställ in den första arbetshastigheten för att vara låg (30 W) och den andra på 60-120 W, ingen paus mellan belastningarna på cykel ergometern.
    OBS: Den första belastningen är densamma för alla ämnen, men den andra och sista submaximala nivån ska vara ungefär 65-85% av maximal hjärtfrekvens för varje ämne. Båda belastningarna ska vara desamma före och efter interventionsperioden på 8 veckors träning.
    1. Basera den näst högsta belastningsnivån på bekräftelsestest som gjorts före försöken genom att fråga hur fysiskt aktiv personen är och genom att ämnet initialt cyklar en stund. Testledaren kommer att utgöra en åsikt baserat på ämnets hjärtfrekvens om vilken slutlig submaximal belastning som är lämplig.
    2. Anteckna medelhög hjärtfrekvens (HR) med hjälp av en hjärtfrekvensmätare via ett bröstbälte under sista minuten på låga och höga arbetshastigheter, genom att ta medlet av den observerade HR vid 3:15, 3:30, 3:45 , Och 4:00 min vid varje arbetsfrekvens.
    3. Använd en ergo-spirometrisk enhet för att fastställa gasens sammansättning (O2 och CO2 dvs CO 2 / O 2 ) och kvantifiera RER-medelvärdena under sista minuten (från fyra mått vart 15 s) vid båda arbetsbelastningsbelastningarna.

4. Knextensorstyrka: Statisk, excentrisk och koncentrerad toppmoment och kraftutvecklingshastigheten

Obs! Utför knähållfasthetsmätningar på testdag 1 (se Introduktion och Figur 1 ).

  1. Innan inspelningarna, fråga personen att utföra uppvärmning genom att cykla i 8-10 min på en cykelergometer på submaximal nivå (dvs. ungefär 65-85% av maximal hjärtfrekvens).
  2. Fråga ämnet att sitta på bänken av en isokinetisk dynamometer. Fixa ämnet med stammen över axlarna och höfterna. Skruva fast ämnets skaft på dynamometerns axel med två remmar: en under knäet och en precis vidE fotleden. Justera knäledaxeln med rotationscentrumet på dynamometeraxeln.
  3. När ämnet är fastsatt, bedöma den maximala frivilliga knästyrkan som toppmomentet, med ämnet som sitter i den isokinetiska dynamometern. Till att börja med tillåter personen att utföra flera försök för bekantskap med knästyrksutrustningen (isokinetisk dynamometer).
  4. Be individet att utföra fyra maximala frivilliga excentriska och koncentriska knäförlängningar (växelvis), med högra benet med en konstant vinkelhastighet på 30 grader / s. Ställ in rörelseområdet mellan 90 ° och 15 ° (rakt ben = 0 °).
    1. I den excentriska uppgiften, fråga personen att motstå dynamometeraxeln med maximal ansträngning genom hela rörelsen från 15 ° till 90 ° knävinkeln. I den koncentriska uppgiften, be patienten att trycka på underbenet i dynamometeraxeln i en knäförlängning, så svårt som möjligt över hela rörelseområdet.
  5. Tillåt en 4-minuters vila efter de dynamiska inspelningarna. Därefter bedöms det statiska maximala frivilliga sammandragningsmomentet (MVC) fyra gånger vid en 65 ° knävinkel. I varje statisk provning, fråga ämnena, som sitter i samma dynamometer, att sparka så snabbt och hårt som möjligt mot dynamometeraxeln, som nu är fixerad (vid 65 °) och inte kan flyttas.
  6. För vridmoment (styrka) signaler, omvandla analoga vridmomentsignaler till digitala med hjälp av en analog-digital-konverterbox ansluten till isokinetisk dynamometer.
    OBS! Omvandlaren ändrar automatiskt de analoga signalerna från dynamometern till digitala signaler, som därefter automatiskt exporteras till datorn där data samlas in.
    1. Ställ in provtagningsfrekvensen vid 5 kHz i datorns programvara för analysanalys. Förvara de digitala signalerna på datorn för en efterföljande styrka värdeanalys med programvaran analysprogram.
  7. I den efterföljande analysen, användDet högsta värdet erhållet från fyra försök för varje ämne i excentriska, koncentriska och statiska mätningar. I programprogrammet klickar du på det högsta värdet av de fyra försöken och skriver ner styrkan som visas på datorskärmen.
    1. Registrera högsta toppmomentet i den excentriska och i de koncentriska inspelningarna för varje ämne och högsta styrka bland de fyra statiska försöken.
      OBS: Isokinetisk dynamometerprovning av knäxtensorstyrka i sittande läge har korrekt tillförlitlighet och validitet 16 , 17 .
  8. Mät hastigheten på vridmomentutvecklingen (RFD) under 0-30 ms och 0-200 ms i det högsta värdet som finns bland de statiska försöken. Ställ in värdet på noll vid 7,5-Nm-nivån för ingrepp av knästräckningsstyrka (tid: 0 ms) 18 , 19 . Flytta markören (i programprogrammet för musklerStyrkanalanalys) till "7,5 Nm" -värdet på y-skalan för att erhålla positionen för 0 ms.
    1. För förprövningsbedömningen ställer du markören på 30-ms-värdet (efter tiden 0 ms). Skriv ner värdet som visar höjningen i Nm vid 30 ms ( dvs. ökningen i Nm från 7,5 Nm = 0 ms). Gör samma procedur för efterprövningsvärdet.
    2. Beräkna ökningen i procent för Nm-värdet (teller) efter testet jämfört med för-test Nm-värdet (nämnare) under perioden 0-30 ms. Uppvisa således RFD-höjningen i procent från förprovet till eftertestet. Gör samma analyser för tidsintervallet 0-200 ms.

5. Muskelbiopsi

Obs! Utför en muskelbiopsi på testdag 2 (se Introduktion och Figur 1 ).

  1. Ta en muskelbiopsi från mittpartiet av lårmuskelens vastus lateralis med hjälp av en konchotom 20 .
    1. Före biopsin injicerar 1-2 ml lokalbedövning subkutant och in i fascia. Efter några minuter gör du ett snitt med en liten skalpell genom huden och fascia, ungefär 1/3 av avståndet från patella till den främre överlägsen iliac ryggraden. Extrahera ca 100-150 mg muskelvävnad med hjälp av konchotomen.
  2. Frysprover för histokemi i isopentan kyls till dess fryspunkt i flytande kväve och förvarar det vid -80 ° C. Förvara ett prov på 30-50 mg muskelvävnad.
  3. Frysa proverna snabbt för proteinanalys i flytande kväve och förvara dem vid -80 ° C. Förvara ett prov på 30-50 mg muskelvävnad.

6. OGTT

Anm .: Utför OGTT (oral glukostoleransprov) på testdag 3 (se Introduktion och Figur 1 ). Tiden mellan övningen och OGTT måste överstiga 48 h och bör likna mellan före och efter-tests. En 2-h oral OGTT används för att undersöka om vanliga blodprover under denna tid visar normala eller ökade nivåer, vilket indikerar diabetes eller prediabetes.

  1. Utför OGTT-testet på morgonen på ämnen som har fastat över natten och inte gjort någon ansträngning på testdagen eller dagen innan.
  2. Ta blodprover (4 ml) från de ledande deltagarna via en venös kanyl i antecubitalvenen 15 min före och strax före glukosintag, följt av 15, 30, 60, 90 och 120 min efter intag av glukos ( 75 g glukos i en 250 g / 1 lösning).
  3. Centrifugera blodproverna vid 1500 xg och 4 ° C under 10 minuter och lagra plasman vid -20 ° C för framtida analys. Använd proverna för att utföra standardglukosnivåprov (steg 7).
  4. För glukos, insulin och c-peptid beräkna området under kurvan (AUC) genom att bestämma tidsintegrationen av glukos över basala glukosnivåer. Använd OGTT-resultatenFör att beräkna insulinkänslighet för hela kroppen med hjälp av Matsuda-metoden 21 , enligt ekvationen: 10 000 * √ [(Glukosbasal * Insulinbasal) * (Glukosmedelvärde * Insulinmedelvärde).

7. Blodprovanalys

  1. Kvantifiera glukoskoncentrationen i venös plasma med en automatiserad analysator. Ställ in den nedsatta glukostoleransnivån vid blodglukosvärden> 7,8 mmol / L efter en 2-timmars OCHTT 22 .
  2. Använd ELISA-kit 22 för att utföra en plasmaanalys av insulin och c-peptid. Använd en plåtläsare. Sätt ELISA-plattorna för både insulin och c-peptid i en plattläsare (var och en i ett separat tillfälle).
    OBS! Plattläsaren mäter mängden insulin och mängden c-peptid genom att mäta proven på plattan vid vissa absorberingar. Blodlipider TG, HDL, apolipoprotein Al och apolipoprotein B analyserades med standardmetoder vidKarolinska Universitetssjukhuset, Stockholm, Sverige.

8. Analys av muskelprover

  1. immunoblotting
    1. Frystorka först muskelprovet i en lyofiliserare vid ett tryck under 10 -1 mbar i 12 timmar. Dissect det så att det är fritt från blod och bindväv med hjälp av en nål och tång under ett ljusmikroskop. Förvara den vid -80 ° C.
      OBS! En lämplig mängd muskler är mellan 1 och 5 mg torrvikt, men protokollet kan justeras till mindre än 1 mg, hela vägen till enkelfibrer. På grund av den låga mängden muskelvävnad som finns i en biopsi användes inte värden från den RET-deltagaren för immunoblottning.
    2. Homogenisera muskelproverna Med en mini-pärlbeater i iskall buffert (80 pi / mg) sammansatt av 2 mM 4- (2-hydroxietyl) -1-piperazinetansulfonsyra (HEPES), 1 mM etylendiamintetraättiksyra (EDTA), 5 mM etylenglykol-bis (P-aminoetyleter) -N, N, N ', N'-tetraacetIcm-syra (EGTA), 10 mM MgCl2, 50 mM ß-glycerofosfat, 1% TritonX-100, 1 mM Na3VO4, 2 mM ditiotreitol, 20 | ig / ml leupeptin, 50 | ig / ml aprotinin, 1% fosfatasinhibitor Cocktail och 40 pg / pL PMSF (fenylmetylsulfonylfluorid).
      1. Placera en skopa med 0,5 mm zirkoniumoxidpärlor i varje rör med muskeln. Tillsätt buffert och homogenisera i 2 x 1 min vid hastighet steg 7-8 (här är maximum 10) och 4 ° C.
    3. Centrifugera homogenatet i 10 minuter vid 10 000 x g. Överför den återstående supernatanten till nya rör och kassera pelleten som innehåller strukturproteinerna.
    4. Spektrofotometriskt bestämma proteinkoncentrationen i supernatanten med ett kommersiellt tillgängligt kit med användning av en plattläsare vid 660 nm 23 .
      1. Därefter spädas proverna med 2x Laemmli provbuffert och homogeniseringsbuffert (1: 1) till en slutlig proteinkoncentration av 1,5 μg /# 181; L. Värm dem till 95 ° C i 5 min för att denaturera proteinerna. Förvara de utspädda proverna vid -20 ° C före analys.
    5. För Native-polyakrylamidgelelektrofores (PAGE), ladda 30 μg protein från varje prov till 18-brunns-förberedda gradientgeler (4-20% akrylamid) och utför elektrofores vid 300 V i 30 min på is.
    6. Ekvilibrera gelén i överföringsbuffert (25 mM Tris-bas, 192 mM glycin och 10% metanol) under 30 minuter vid 4 ° C. Överför proteiner till polyvinylidenfluoridmembran med 0,2 μm porstorlekar vid en konstant ström av 300 mA i 3 h vid 4 ° C.
    7. För att bekräfta jämn lastning och överföring, fläcka membranen med en total proteinfläck 24 . För varje målprotein, ladda alla prov från varje individ till samma gel och kör alla geler samtidigt.
    8. Blockera membranet i 1 h vid rumstemperatur i Tris-buffrad saltlösning (20 mM Tris-bas, 192 mM NaCl; TBS; pH 7,6) innehållande5% icke fet mjölk.
    9. Inkubera membranen över natten med primära antikroppar (se Materiallistan) utspädd i TBS innehållande 2,5% icke fet mjölk och kompletterad med 0,1% Tween-20 (TBS-TM).
    10. Efter inkubation av primär antikropp, tvätta membranerna (2 x 1 min plus 3 x 5 min) med TBS-TM och inkubera med sekundära antikroppar (se Materiallistan) konjugerad med pepparrotperoxidas i 1 h vid rumstemperatur. Tvätta igen med TBS-TM (2 x 1 min och 3 x 10 min) och återigen utsätta dem för ytterligare fyra 5 min tvättar med TBS.
    11. Applicera 6-12 ml kemiluminescerande substrat till membranet i 5 min. Placera membranet mellan två transparenta plastplåtar. Placera membranet framför ett CCD-kamera som blockerar externt ljus. Ta seriella exponeringar med ett kemiluminescerande kamerafilter.
      1. Använd programprogrammet för att förvärva 10 exponeringar i 2 minuter, eller tills signalerna är mättade. Använd en standardinställning, både för de optiska filterinställningarna tO förvärva kemiluminescens, liksom för linsinställningarna
    12. Använd den högsta exponeringen som inte leder till mättnad och markera bandets konturer. Kvantifiera banden som intensiteten x mm 2 med samma programvara. Subtrahera bakgrundsbruset från bandintensiteten. Presentera resultaten i förhållande till den totala proteinfläcken och uttryck den som procentuell förändring jämfört med baslinjen.
  2. histokemi
    OBS: Histokemitekniken nedan baseras på metoder som beskrivs i en tidigare publikation 25 .
    1. För histokemi, skär seriella tvärsnitt (10 μm) vid -20 ° C med användning av en kryostat. Montera tvärsnitt på glasskivor som är lagrade i en glaskuvett och lufttorka biopsipartierna vid rumstemperatur.
    2. Beredda buffertlösningar för varje pH-nivå för förinkubation vid pH 4,3, 4,6 och 10,3 för ATPasfärgning 26 . För att visualisera kapillärer, staI tvärsnitten med användning av amylas-PAS-metoden 27 .
    3. Kalibrera en pH-mätare genom att hälla kalibreringslösningar i märkta kalibreringsbägare. Tryck på lämplig knapp för att välja pH från huvudmenyn.
      1. Skölj sonden med avjoniserat vatten och placera sonden i den första kalibreringsbägaren. Se till att det inte finns några luftbubblor i membranet. Mät den första kalibreringslösningen och visa sedan nästa kalibreringslösning (displayen kommer att be om nästa lösning).
      2. Skölj sonden med avjoniserat vatten och placera det i den andra kalibreringsbägaren. Se till att det inte finns några luftbubblor i membranet. Mät en andra kalibreringslösning och fortsätt till nästa kalibreringslösning.
      3. Skölj sonden med avjoniserat vatten och placera det i en tredje kalibreringsbägare. Se till att det inte finns några luftbubblor i membranet. Mät den tredje kalibreringslösningen.
        OBS: När kalibreringen ärBra, displayen visar kort, "3: e buffert OK" och kommer sedan tillbaka till huvudmenyn.
    4. Använd bufferten enligt följande för ATPase-färgning.
      1. För att framställa en lösning vid pH 10,3 användes två olika lösningar: (A) 4,506 g glycin, 4,8 g CaCl2, 3,51 g NaCl och 600 ml dH20 och (B) 2,176 g NaOH och 540 ml Av dH 2 O. Förvara lösningarna i ett kylskåp eller kylskåp. Använd dem inom en månad.
      2. För att framställa lösningar vid pH 4,3 och 4,6 utför "sur preinkubation". Förbered syran för förinkubation med användning av: 6,47 g Na-acetat, 3,7 g KCl och 500 ml dH20. Därefter framställes 1% CaCl2-lösning genom upplösning av 2,5 g i 250 ml dH20. Förbered 2 % CoCl2-lösning genom upplösning av 5 g av det i 250 ml dH20.
      3. Förvara och använd dessa lösningar som nämnts ovan. Slutligen bereda 0,2% ammoniumsulfid medBlandning 800 | il av 20% (NH4) 2S i 40 ml dH20. Förbered sistnämnda färskt.
    5. Förbered lösningar vid vissa pH-värden enligt följande. Efter kalibreringen av pH-mätaren, ta bort kyvetterna och kalcium- och koboltkloriderna från kylskåp och låt dem värmas upp till rumstemperatur före färgning.
      1. För pH 10,3 tillsätt ca 25 ml lösning A till en liten glasbägare (ca 70 ml). Mät pH. Fortsätt tillsätta lösning B tills önskat pH på 10,37 är uppnått. Om färgen är för mörk, öka pH. Om det är för ljust, minska pH.
      2. För pH 4,6 tillsätt ca 25 ml "sur preinkubation" till en liten glasbägare. Mät pH. Minska pH med 5 M ättiksyra . Om bilden av fläcken är för mörk, försök lätta med ökat pH. Om det är för ljust, mörkret med ett minskat pH. Om färgning inte hjälper, prova ett annat pH: 4,8 instEad av 4.6.
      3. För pH 4,3 , gör detsamma som för 4,6, men tillsätt mer ättiksyra. Minska pH om fläcken är för ljus och öka pH om det är för mörkt för att fibrerna ska specificeras.
      4. Förbered ATP-lösning enligt följande. Väg 0,017 g ATP per kyvett (10 ml), så 0,051 g per 3 kyvetter eller 0,068 g för 4 kyvetter. Ta 30 ml (för 3 kyvetter, 10 ml / kyvett) lösning vid pH 10,3 (använd ett cylinderskalglas) och lägg det i en glasbägare med vägd ATP.
        1. Blanda noggrant och mäta pH. Minska pH med användning av koncentrerad HCl tills pH uppnår exakt 9,40.
      5. För inkubation vid olika pH-värden gör du följande. Placera 10,3-lösningen i en kyvett och inkubera den i ett vattenbad vid 37 ° C i 9 minuter. Placera 4.3 lösning i en annan kyvett och inkubera den vid rumstemperatur i 5 minuter. Placera 4,6 lösning i den sista kyvetten och inkubera vid RT i 1 min.
      6. Efter det föredragna pH-värdetInkubationsprocedur, applicera innehållet i varje kyvett enligt följande. Tvätta 15 gånger med dH2O. Tillsätt ATP-lösning (0,170 g ATP / 100 ml H20) till biopsiprovet. Inkubera i ett vattenbad vid 37 ° C under 30 minuter. Tvätta 15 gånger med dH2O.
      7. Tillsätt CaCl2-lösning (1 g CaCl2 / 100 ml H2O) till biopsiprovet i kyvetterna. Inkubera vid RT i 3 min. Tvätta 15 gånger med dH20. Tillsätt CoCl2-lösning (2 g CoCl2 / 100 ml H2O) till biopsiprovet i kyvetterna. Inkubera vid RT i 3 min. Tvätta 15 gånger med dH2O.
      8. Sätt i den (NH 4 ) 2 S lösningen i 30 s och tvätt snabbt 15 gånger under avloppsugan. Lim biopsi skivor på glidglas. För att undvika bubblor, pressa biopsierna, men inte för hårt.
    6. Välj en region i tvärsnittet utan artefakter eller längsgående skär av fibern. Analysera under en liMikrofon med hjälp av programvara.
    7. Bedöm tvärsnittsarean (CSA), kapillärerna och klassificeringen av fiber typ ( dvs. typ-I, IIA eller IIX) via datorbildsanalys från ett medelvärde av minst 150-200 fibrer per biopsi. Från en mikroskopbild av muskelfibrer i tvärsnittet säkerställer att de tre typerna av muskelfibrer ( dvs. typ-I, IIA och IIX) har olika nyanser av vitt till grått till svart beroende på pH-färgning ( dvs. 4,34, 4,65 och 10,37).
    8. Börja med att markera vissa typ-I-fibrer. Därefter registrerar programmet automatiskt de andra typ-I-fibrerna. Kontrollera att alla typ I-fibrer är markerade korrekt. För att markera en viss fiber, klicka på "Vector" -knappen. Använd markören för att mäta området för varje individuellt vald muskelfiber.
    9. Efter analysen av typ I-fibrer, fortsätt samma procedur för typ-IIA och typ-IIX. Medelvärdet ± SEM för varje typ av muskelfibrer ( dvs typ I, IIA och IIX) beräknas beträffande mängden fiber och CSA för RET- och CON-grupperna.
      Anmärkning: Tvärsnittsarean (CSA), kapillärerna och klassificeringen av fibertyp ( dvs. typ I, IIA och IIx) bedömdes från ett medelvärde av 163 ± 9 fibrer per biopsi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Material

I studien deltog 21 relativt friska kvinnor och män, 65-80 år och med BMI-värden mellan 20 och 30 kg · m -2 och randomiserades till två grupper. Individer i båda grupperna hade relativt låga fysiska aktivitetsnivåer ( dvs. en måttlig daglig fysisk aktivitet och ingen regelbunden träning). En grupp (n = 12, 6 kvinnor och 6 män) utförde RET under en tränare i 1 h tre gånger i veckan i åtta veckor, och den andra gruppen fungerade som kontroller (n = 10, 5 kvinnor och 5 män). RET- och CON-grupperna var balanserade när det gäller ålder, kön och BMI ( tabell 1 ). Fler ämnen rekryterades till RET-gruppen för att kompensera för utfall. Mer väntades i RET-gruppen över CON-gruppen.

</ Td> RET (n = 12) CON (n = 9)
pre Posta pre Posta
Ålder (år) 71,4 ± 1,1 72,0 ± 1,4
BMI 24,6 ± 0,8 24,9 ± 0,8 23,2 ± 0,8 23,2 ± 0,8
vikt (kg) 70,4 ± 2,9 71,1 ± 2,8 67,4 ± 3,9 67,6 ± 3,9
FFM (kg) 51,0 ± 2,3 52,4 ± 2,1 ** 47,6 ± 4,1 48,6 ± 4,3
Lårtvärsnitt ärA (cm²) 188,9 ± 9 200 ± 8 *** 155 ± 12 154 ± 11
Fiber-tvärsnittsarea (cm²) Typ I 5452 ± 393 5567 ± 362 4889 ± 323 4807 ± 354
Typ IIa 4230 ± 610 # 4484 ± 434 # 4114 ± 535 # 3971 ± 494 #
Typ Iix 3678 ± 634 # 3554 ± 552 # 3392 ± 889 # 2913 ± 427 #

Tabell 1: Deltagarnas egenskaper. RET, motståndsträningsträning; CON, kontroll; BMI, kroppsmassa index; FFM, fettfri massa. Värdena är från 12 (RET) och 9 (CON) ämnen, förutom fibern tvärsnittsarea (RET, n = 10; CON, n = 7) och presenteras som medelvärdet ± SEM. **, p <0,01 kontra pre; ***, p <0,001 vs. pre; †, p <0,05 kontra CON post; †††, p <0,001 jämfört med CON post; #, P <0,05 kontra typ I. Denna tabell har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28

Betablockerare och patienter med kranskärlssjukdom och allvarliga neurologiska eller gemensamma problem uteslutes. Vid baslinjen hade vissa ämnen: högt blodtryck (2 i varje grupp); Depression (1 i varje grupp); Och medicinering för dyslipidemi (2 i RET och 1 i CON), hypotyreos (1 i RET), ett tidigt stadium av Parkinsons sjukdom (RET). Medicinen togs sporadiskt för astma (1 i RET) och reumatiska problem (1 i CON). En person hade ett pacemakeR (CON).

Ett RET-ämne avbröt träningen efter 6 veckor på grund av ryggsmärta men var fortfarande med i studien. Ett initialt CON-ämne uteslutes på grund av knäproblem under förprövningen av styrkan. De med astma och pacemakern var uteslutna från cykeltestet.

Ämnena gav sitt skriftliga samtycke efter att ha informerats om eventuellt obehag och risker i test- och träningssessionerna.

Data presenteras som medel ± SEM. Skillnader mellan RET och CON testades för statistisk signifikans med tvåvägs upprepade åtgärder ANOVA med ett statistiskt program. När signifikanta huvudeffekter eller interaktioner visades var skillnaderna lokaliserade med post-hoc-analyser (Fisher LSD). Statistisk signifikans accepterades vid p <0,05.

Figur 2A ). Dynamometern visade också kraftutvecklingshastigheten (RFD), med en ökning med 52% (vid den initiala 0-30 ms) för RET-gruppen ( Figur 2B ). För CON-gruppen minskades koncentrisk styrka under interventionsperioden. Utbildningsbelastningen för RET förbättrades med 19-72% för de utbildade övningarna.

Figur 2
Figur 2: Styrmätningsresultat. Effekten av resistens ex(CON) -moment och ( B ) -hastighet för kraftutveckling (RFD) under 0-30 ms och 0- 200 ms statisk knäförlängning. Värdena är från 12 (RET) och 9 (CON) ämnen och presenteras som procentuell förändring i förhållande till basvärdena (medelvärde ± SEM). *, P <0,05 kontra pre; **, p <0,01 kontra pre; ***, p <0,001 jämfört med före. Denna siffra har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Från muskelbiopsiproverna indikerade histokemi att mängden fiber typ IIa ökade, och det var en trend för en minskning i IIx för RET-gruppen. Således uppvisade RET-gruppen en förändring till aMer oxidativ profil i form av fiberkomposition ( Figur 3 ). Observera att tillförlitliga tvärsnitt inte kunde erhållas från biopsierna av fyra ämnen (två från varje grupp), och resultaten från dessa ämnen uteslutes.

Figur 3
Figur 3: Resultat av muskelfibertyper. Effekten av motståndsträningsträning ( A , RET) eller kontrollperiod ( B , CON). Värdena är från 10 (RET) och 7 (CON) ämnen och presenteras som medelvärdet ± SEM. (*), P = 0,068 kontra pre; **, p <0,01 kontra pre; †, p <0,05 kontra CON post. Denna siffra har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vänligen cliCk här för att se en större version av denna figur.

Vidare visade Western blot-analyser för bestämning av proteininnehåll i samband med signalering av muskelproteinsyntes en ökning med 69% för både Akt och mTOR (däggdjursmål för rapamycin) bland RET-gruppen ( Figur 4A och Figur 5 ). Western blot-analyser visade också bland mitokondriella proteiner en ökning på cirka 30% för både OXPHOS-komplex II och citratsyntas och 90% för komplex IV i RET-gruppen ( Figur 4B och Figur 5 ). De primära antikropparna som användes var mTOR, Akt och OXPHOS. Anti-kanin eller anti-mus HRP användes som den sekundära antikroppen. Proteinbanden för OXPHOS-komplexet I var inte tydligt synliga och dessa data kasseras.

Figur 4 Figur 4: Resultat av muskelprotein. Effekten av motståndstrening (RET) eller en kontrollperiod (CON) vid förändringar i muskelinnehållet i Akt och mTOR-proteiner ( A ) och mitokondriella proteiner ( B ). Akt, proteinkinas B; MTOR, däggdjursmål för rapamycin; CS, citratsyntas. Värden är medelvärdet ± SEM från 11 (RET) och 9 (CON) ämnen. *, P <0,05; **, p <0,01; ***, p <0,001 mot basal. †, p <0,05; ††, p <0,01; †††, p <0.001 kontra CON post. Denna siffra har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 5 = "/ Files / ftp_upload / 55518 / 55518fig5.jpg" />
Figur 5: Western blotbilder. Mätt muskelprotein före och efter åtta veckors ingrepp. Representativa bilder från ett ämne i respektive RET- och CON-grupperna. Denna siffra har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Endast RET-gruppen visade en ökad aerob kapacitet i cykeltestet (post-versus pre-test). Vid högsta submaximal intensitet visade hjärtfrekvensen (HR) en stark trend att minska i RET och öka i CON-gruppen ( Figur 6A ). Dessutom reducerades RER (andningsväxlingsförhållande = CO 2 / O 2 ) signifikant för endast RET-gruppen (Lass = "xfig"> Figur 6B).

Figur 6
Figur 6: Kardiovaskulär data. Träningsutbildning före och efter motstånd (RET) eller kontrollperiod (CON). ( A ) HR, hjärtfrekvens och ( B ) RER, andningsväxelförhållande under låg-(30 W) och hög (60-120 W) intensitet steady state cykling. Värdena är från 11 (RET) och 8 (CON) ämnen (två ämnen uteslutes på grund av astma och användningen av en pacemaker) och presenteras som medelvärdet ± SEM. (*) P = 0,056 (RET) och p = 0,068 (CON) jämfört med pre; * P <0,05 kontra pre. Denna siffra har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

S = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"> RET-gruppens resultat från glukostoleransprovet visade förbättrad blodglukos, både i blodvärden efter 2 h (14%) och för området under Kurva (21%, figur 7A ).

Figur 7
Figur 7: Plasmaglukos under OGTT. Testet utfördes före- (●) och efter- (○) motståndsträningsträning (RET, A ) eller en kontrollperiod (CON, B ). AUC- glukos , areal under kurvan för plasmaglukos. Värdena är från 12 (RET) och 9 (CON) ämnen och presenteras som medelvärdet (plasmaglukos) och medelvärdet ± SEM (AUC glukos) . * P <0,05 kontra pre. Denna siffra har modifierats från Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28Rce.jove.com/files/ftp_upload/55518/55518fig7large.jpg "target =" _ blank "> Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Blodlipidprofilen förbättrades för RET-gruppen, med en minskning av apolipoprotein B (8%). För CON fanns en ökning (10%). Dessutom ökade den fettfria massan (FFM) med 3% och lårets tvärsnittsarea (CSA) med 7% för RET-gruppen ( tabell 1 ). De bedömda förbättringarna som ses efter den korta perioden med progressiv styrketräning i mitokondriell funktion, aerob kapacitet, glukostolerans, muskelstyrka och kraft är mycket önskvärda hälsoeffekter hos en äldre befolkning.

De åtta styrketräningsträningarna visas i figur 8 . Varje träningsuppgift utfördes 12 gånger i var och en av tre uppsättningar i varje träningspass 3 gånger i veckan i åtta veckor.


Figur 8: De åtta träningsövningarna. Övningarna utfördes vid 75-80% av 1 RM, 12 gånger / set, med tre uppsättningar / träning och träning. Övningarna var: "benpress" och "bukpress" ( A ), "bröstpress" och "baktillägg" ( B ), "axeltryck" och "sittande rodd" ( C ) och "benförlängningar" och " Benkrullar "( D ). Området med rörelser i styrketräningens övningar visas här. I sittande magkran bör stammen flyttas från upprätt läge till 60 ° framåtgående böjning. I sittande bakstycke flyttas bagagerummet, från en nästan upprätt sittplats, bakåt till en horisontell liggande bagageposition. Både sittande övningar, benpress och ben extensioNs, utfördes med början på benen i 90 ° av knäböjning och slutade strax före benen rätade (nära 0 ° i knäna). Benkrullningar (i benägen position) där det görs från nästan raka ben till cirka 100 ° av knäböjning. Både de övade övningarna, bröstpressen och axelpressen utfördes från 90 ° armbågsflöde till strax innan armarna raktes (nära 0 °). Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denna studie har ett antal tekniker använts för att undersöka effekterna av kortvarig progressiv resistensutbildning på äldre individs muskelfunktion / morfologi, aerob kapacitet och glukos tolerans. Huvudfyndet var att jämfört med en kontrollgrupp uppstod många förbättringar i muskel aerob kapacitet, glukos tolerans, styrka, kraft och muskelkvalitet ( dvs. protein involverat i cellsignalering och muskelfiberkomposition). En ökning visades exempelvis för: statisk, excentrisk och koncentrisk maximal knäförlängningsstyrka (8-12%); Träningsbelastningen (19-72%), maximal kraftutveckling (RFD) vid den initiala 0-30 ms (52%); Flera mitokondriella proteiner (30-90%); Proteinerna Akt och mTor, involverade i muskelproteinsyntesen (båda 69%).

Äldre kan ha svårigheter med fortsatt hälsa under ett sådant projekt. Man måste vara medveten om risken för olika skador på grund av testiNg och träning bland otränade äldre. En person i RET-gruppen i slutet av träningsperioden hade ett återfall av tidigare bakproblem. Ingen skada eller obehag som inträffade under träningsprojektet kvarstod dock under längre tid efter undersökningen av de gamla deltagarna. Modifieringar kan ibland göras om när, hur mycket och hur intensivt träningen ska göras. När det gäller styrketräningen är det bättre att tränaren registrerar belastningen som erhållits för varje träningspass och ämne vid varje träningspass så att en korrekt progression kan följas under hela perioden. Under hållfasthetsmätning med isokinetisk dynamometer är det viktigt att undvika fel i mätproceduren så att äldre personer inte missar sin maximala prestanda under sina försök. Av denna anledning är det av värde att ha uppvärmning. Använd 8-10 min ergometercykel vid submaximal nivå före styrdimensionenS, följt av initiala försök som ett förkunnandeförfarande i dynamometern för knästyrkainspelningar. Vidare är det en bra idé att utföra fyra inspelningar under inspelningen av varje typ av muskelstyrka sammandragning. Högsta värde som hittats kan väljas. Det är också mycket värdefullt att undersöka modifieringen av styrbedömningen i förhållande till hastigheten när man uppnår testparameterns kraft. Framför allt är ökad kraft en viktig faktor för förbättrad hälsa bland äldre människor. När det gäller biopsi berättas ämnena för att undvika aspirin eller andra antikoagulationsmedel före och efter biopsi. När det gäller bestämning av muskelfiberområdet i dubbla biopsier från samma ben för typ I, typ 2A och typ 2B är de rapporterade felen cirka 10, 15 och 15% respektive 29 . Detta måste beaktas vid utvärdering av sådan analys från en muskelbiopsi.

Begränsningarna inkluderar bekymmer om västerländska bmassa; Metoden ger ingen information om proteinlokalisering och är starkt beroende av antikroppens specificitet och kvalitet (ett huvudproblem). Flertrinsanalysen ökar risken för fel och förvärrar felsökning. Det finns dock flera fördelar med Western blotting: det är relativt billigt och snabbt; Det ger en hög datautgång i förhållande till den mängd vävnad som krävs Man förvärvar information om proteinuttryck och proteinstorlek; Och slutligen är variationskoefficienten vanligtvis mindre än 5%. Perioden för styrketräning var bara åtta veckor, och inga senare uppföljningsåtgärder har gjorts med dessa äldre. Glukostolerans testerna baserade på dricksglukoslösningar (OGTT) anses inte vara lämpliga som när glukosen injiceras direkt i blodet. Metoden som används med OGTT är dock billigare, lättare att administrera och används ofta i kliniken. När det gäller styrmedel med isokinetisk dynamometer, Bara muskler som bidrog till knä extensor styrka studerades, och inte de andra stora kroppsmuskulaturgrupperna.

Förutom förbättrad styrka förbättrade motståndsträningen även glukostolerans och muskeloxidativ kapacitet. Det var stora ökar i träningsbelastningen för varje utövad övning (19-72%), vilket visar att motståndsträning ger avsevärda förbättringar i total styrka. Mätningar med en isokinetisk dynamometer gav mer detaljerad information om knäförlängningsfunktionen. Vridmomentet under statisk, excentrisk och koncentrisk sammandragning ökade med 8-12%. Vidare resulterade motståndsträning i en stor ökning (52%) i kraftutvecklingshastigheten under den initiala sammandragningsfasen (0-30 ms), medan den var oförändrad mellan 0-200 ms. Utbildningsprotokollet tolererades väl och i motsats till våra förväntningar fanns det inga utfall i RET-gruppen.

Motståndsträning resultatD i hypertrofi, mätt som ökning av FFM, låromkrets och lår tvärsnittsarea. CSA av de olika typerna av muskelfibrer ändrades inte signifikant efter RET, men det var ett skifte i fibertypsammansättning från typ IIx till typ IIa. Eftersom typ IIa-fibrer är större än typ IIx-fibrer bidrog detta till ökad muskelmassa. I RET-gruppen indikerar detta att proteinsyntesen förbättras. Den underliggande molekylära signalvägen för proteinsyntes involverar aktiveringen av Akt och mTOR. Äldre människor har mindre mTOR-protein i muskel 30 , vilket kan begränsa proteinsyntesen. Ett intressant nytt resultat är de ökade proteinhalterna av mTOR och Akt i RET-gruppen. Den observerade ökningen av mTOR här kan motverka eventuell anabolisk resistans och bidra till ökad proteinsyntes.

VO 2max eller, mer korrekt, VO 2peak , bedöms ofta som maximal VO 2 mätt under ett test där arbetshastigheten ökas stegvis tills utmattning sker. Men i åldrade, svaga ämnen är det problematiskt att använda uttömmande träningstester. Ett problem är att det inte är ovanligt att äldre har en latent hjärt-kärlsjukdom som under ett uttömmande träningstest leder till ökad risk för hjärtinfarkt. Ett annat, mer tekniskt problem är att minskad muskelstyrka snarare än en kardiorespiratorisk begränsning kan begränsa arbetshastigheten under inkrementell träning. Tolkning av data blir under dessa förhållanden mer komplicerad. En alternativ metod som används i denna studie är att mäta HR och RER vid en fast arbetshastighet före och efter ingreppet. Resultaten visade att HR hade en tendens att minska i RET men ökade i CON-gruppen. Detta tyder på att styrketräning förbättrar VO 2max och uthållighetskörningskapacitet. Dessa resultat matchar resultaten i cirka 9 ,"Xref"> 31, men inte alla 32 tidigare studier. Vidare visar flera fynd i denna studie att muskel aerob kapacitet förbättras ( dvs. med förändringar i en mer oxidativ fiber typ komposition och ökningar i ett antal mitokondriella proteiner). Även om det är välkänt att uthållighetsövningen förbättrar muskel aerob kapacitet hos äldre, ger studier av styrketräning en mer motsägelsefull åsikt 8 , 9 , 10 , 33 . Skillnader i grundutbildningsstatus och träningsprogram kan förklara de olika resultaten i olika studier. De nuvarande resultaten som visar en robust ökning av flera mitokondriella proteiner efter endast åtta veckors träning (tidigare interventionsperioder var> 12 veckor) visar att resistensutbildning kan vara en effektiv strategi för att förbättra muskeloxidativ kapacitet.

Trots den korta ingreppet observerades förbättrad glukostolerans i RET-gruppen, vilket framgår av reduktionen av AUC- glukos och GLU 120 min . Även om fetma och fysisk inaktivitet är faktorer som är förknippade med ökad risk för insulinresistens och typ 2-diabetes, förblir de molekylära mekanismerna oklara. Den förändrade kroppssammansättningen med ökad muskelmassa kommer sannolikt att bidra till den förbättrade glukostoleransen i RET-gruppen. Vidare har det antagits att insulinresistens är kopplat till en stillasittande livsstil, med överflödig lipidtillförsel som leder till lipotoxicitet, mitokondriell dysfunktion och oxidativ stress 3 . Den föreliggande studien visar att motståndsträning resulterar i en robust ökning av mitokondriala oxidativa proteiner. Vi antar att den ökade muskeloxidativa kapaciteten är en faktor som förklarar den ökade glukostoleransen.

Undersökningar med längre uppföljningar är desirKunna visa om och hur länge hälsoeffekterna kvarstår när det gäller förbättrad muskel aerob kapacitet, styrka, kraft, glukos och lipidvärden. Det är också av värde att bestämma den tillräckliga dosen av regelbunden styrketräning bland äldre människor. Framtida applikationer är också styrmätningar i större muskelgrupper än knäxtensorerna. Man kan också göra flera andra detaljerade analyser inom muskelcellerna avseende olika proteiner och funktioner inom och utan mitokondrier.

Det är viktigt att ha en dag mellan varje testdag utan någon kraftig eller långvarig fysisk aktivitet, samma dag eller dagen före provningarna, eftersom detta kan påverka resultatet av bedömningarna. Exempel på kritiska steg avseende histokemi och ATPasfärgning för komposition av fibertyp innefattar att man säkerställer att bit från biopsi behandlas med isopentan strax efter det att biopsin har tagits och att isopentan är vid rättT temperatur så att biopsin inte kommer att förstöras. Vidare måste biopsipartiet vara "sträckt eller installerat" så att fibrerna pekar i samma riktning före behandling med isopentan. Under färgning måste laboratoriets pH och temperatur vara optimala (och det är svårt att förutse). Detta är dock det enda sättet att säkerställa fibertyperna och fiberområdet. Dessutom är metoden snabb och visar resultat inom två dagar, och tekniken är relativt billig, utan att det behövs kostsamma kemikalier eller anordningar.

Den tydliga förbättringen av muskel aerob kapacitet efter styrketräning utmanar uppfattningen att uthållighetsträning är det föredragna träningsättet. Men hos äldre personer med låg VO 2max och muskelstyrka måste uthållighetsträning utföras med låga intensiteter. En av de främsta stimuli av mitokondriell biogenes är muskel-energisk stress 34 . Styrketräning induCes en stor lokal energisk stress, medan detta är mindre framträdande under låg intensitet uthållighetsträning. Vi förutser att hos äldre människor är styrketräning effektivare än uthållighetstrening för att förbättra muskel aerob kapacitet. Med tanke på förbättringarna i ett antal hälsorelaterade parametrar och hög överensstämmelse kan styrketräning rekommenderas för äldre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Författarna är tacksamma till Andrée Nienkerk, Dennis Peyron och Sebastian Skjöld för att övervaka träningstiderna och flera tester. Till de deltagande delarna Till Tim Crosfield för språkrevision; Och till det ekonomiska stödet från Svenska idrotts- och hälsovetenskapsskolan.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Western blot
Pierce 660 nm Protein Assay Kit Thermo Scientific, Rockford, IL, USA 22662
SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate  Thermo Scientific 34096
Halt Protease Inhibitor Cocktail (100x) Thermo Scientific 78429
Restore PLUS Western Blot Stripping Buffer Thermo Scientific 46430
Pierce Reversible Protein Stain Kit for PVDF Membranes Thermo Scientific 24585
10 st - 4–20% Criterion TGX Gel, 18 well, 30 µL Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA, USA 567-1094
Immun-Blot PVDF Membrane  Bio-Rad 162-0177
Precision Plus Protein Dual Color Standards  Bio-Rad 161-0374
2x Laemmli Sample Buffer Bio-Rad 161-0737
10x Tris/Glycine Bio-Rad 161-0771
2-Mercaptoethanol Bio-Rad 161-0710
Tween 20 Bio-Rad P1379-250ML
Band analysis with Quantity One version 4.6.3.software Bio-Rad
1% phosphatase inhibitor coctail Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA
Antibodies
mTOR (1:1,000) Cell Signaling, Danvers, Massachusetts, USA 2983
Akt (1:1,000) Cell Signaling, Danvers 9272
Secondary anti-rabbit and anti-mouse HRP-linked (1:10,000) Cell Signaling, Danvers
Citrate synthase (CS) (1:1,000) Gene tex, San Antonio, California, USA
OXPHOS (1:1,000) Abcam, Cambridge, UK
Equipment - Analysis of muscle samples
Bullet Blender 1.5 for homogenizing Next Advance, New York, USA
Plate reader Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland
Histochemistry
Mayer hematoxylin HistoLab, Västra Frölunda, Sweden  1820
Oil Red o Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA 00625-25y
NaCl Sigma-Aldrich 793566-2.5 kg
Cobalt Chloride Sigma-Aldrich 60818-50G
Amylase Sigma-Aldrich A6255-25MG
ATP Sigma-Aldrich A2383-5G
Glycine VWR-chemicals / VWR-international, Spånga, Sweden 101196X
Calcium Chloride VWR-chemicals / VWR-international 22328.262
Iso-pentane VWR-chemicals / VWR-international 24872.298
Etanol 96% VWR-chemicals / VWR-international 20905.296
NaOH MERCK, Stockholm, Sweden 1.06498.1000
Na acetate MERCK 1.06268.1000
KCl MERCK 1.04936.1000
Ammonium Sulphide MERCK U1507042828
Acetic acid 100% MERCK 1.00063.2511
Schiffs´ Reagent MERCK 1.09033.0500
Periodic acid MERCK 1.00524.0025
Chloroform MERCK 1.02445.1000
pH-meter LANGE HACH LANGE GMBH, Dusseldorf, Germany
Light microscope Olympus BH-2, Olympus, Tokyo, Japan
Cryostat  Leica CM1950 Leica Microsystems, Wetzlar, Germany
Leica software Leica Qwin V3 Leica Microsystems
Gel Doc 2000 - Bio-Rad, camera setup Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden 
Software program Quantift One - 4.6 (version 4.6.3; Bio Rad) Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden 
Oral glucos tolerance test, OGTT
Glukos APL 75 g APL, Stockholm, Sweden 323,188
Automated analyser Biosen 5140 EKF Diagnostics, Barleben, Germany
Insulin and C-peptide in plasma kit ELISA Mercodia AB, Uppsala Sweden 10-1132-01, 10-1134-01
Plate reader Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland
Further equipment
Measures of fat-free mass FFM-Tanita T5896, Tanita, Tokyo, Japan
Strength training equipment for all training exercises Cybex International Inc., Medway, Massachusetts, USA 
Cycle ergometer  Monark Ergometer 893E, Monark Exercises, Varberg, Sweden 
Heart rate monitor RS800, Polar Polar Electro OY, Kampele, Finland
Oxycin-Pro - automatic ergo-spirometric device Erich Jaeger GmbH, Hoechberg, Germany
Isokinetic dynamometer, Isomed 2000, knee muscle strength D&R Ferstl GmbH, Henau, Germany
CED 1401 data acquisition system and Signal software Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK
Software for muscle strength analysis, Spike 2, version 7 Signal Hound, LA Center, WA, USA
Statistica software for statistical analyses Statistica, Stat soft. inc, Tulsa, Oklahoma, USA
Muscle biopsy equipment
Weil Blakesley conchotome Wisex, Mölndal, Sweden
Local anesthesia  Carbocain, 20 mL, 20 mg/mL; Astra Zeneca, Södertälje, Sweden 169,367
Surgical Blade Feather Safety Razor CO, LTD, Osaka, Japan  11048030

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Carrick-Ranson, G., et al. The effect of age-related differences in body size and composition on cardiovascular determinants of VO2max. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 68, (5), 608-616 (2013).
  2. Peterson, C. M., Johannsen, D. L., Ravussin, E. Skeletal muscle mitochondria and aging: a review. J. Aging. 2012, 194821 (2012).
  3. Russell, A. P., Foletta, V. C., Snow, R. J., Wadley, G. D. Skeletal muscle mitochondria: a major player in exercise, health and disease. Biochim. Biophys. Acta. 1840, (4), 1276-1284 (2014).
  4. Conley, K. E., Jubrias, S. A., Esselman, P. C. Oxidative capacity and ageing in human muscle. J. Physiol. 526, (Pt 1), 203-210 (2000).
  5. Holloszy, J. O. Adaptation of skeletal muscle to endurance exercise. Med. Sci. Sports. 7, (3), 155-164 (1975).
  6. Menshikova, E. V., Ritov, V. B., Fairfull, L., Ferrell, R. E., Kelley, D. E., Goodpaster, B. H. Effects of exercise on mitochondrial content and function in aging human skeletal muscle. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61, (6), 534-540 (2006).
  7. Balakrishnan, V. S., et al. Resistance training increases muscle mitochondrial biogenesis in patients with chronic kidney disease. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 5, (6), 996-1002 (2010).
  8. Ferrara, C. M., Goldberg, A. P., Ortmeyer, H. K., Ryan, A. S. Effects of aerobic and resistive exercise training on glucose disposal and skeletal muscle metabolism in older men. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61, (5), 480-487 (2006).
  9. Frontera, W. R., Meredith, C. N., O'Reilly, K. P., Evans, W. J. Strength training and determinants of VO2max in older men. J. Appl. Physiol. (1985). 68, (1), 329-333 (1990).
  10. Toth, M. J., Miller, M. S., Ward, K. A., Ades, P. A. Skeletal muscle mitochondrial density, gene expression, and enzyme activities in human heart failure: minimal effects of the disease and resistance training. J. Appl. Physiol. (1985). 112, (11), 1864-1874 (2012).
  11. Zachwieja, J. J., Toffolo, G., Cobelli, C., Bier, D. M., Yarasheski, K. E. Resistance exercise and growth hormone administration in older men: effects on insulin sensitivity and secretion during a stable-label intravenous glucose tolerance test. Metabolism. 45, (2), 254-260 (1996).
  12. Davidson, L. E., et al. Effects of exercise modality on insulin resistance and functional limitation in older adults: a randomized controlled trial. Arch. Intern. Med. 169, (2), 122-131 (2009).
  13. DeFronzo, R. A., Tobin, J. D., Andres, R. Glucose clamp technique: a method for quantifying insulin secretion and resistance. Am. J. Physiol. 237, (3), E214-E223 (1979).
  14. Åstrand, P. O., Ryhming, I. A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during sub-maximal work. J. Appl. Physiol. 7, (2), 218-221 (1954).
  15. Björkman, F., Ekblom-Bak, E., Ekblom, Ö, Ekblom, B. Validity of the revised Ekblom Bak cycle ergometer test in adults. Eur. J. Appl. Physiol. 116, (9), 1627-1638 (2016).
  16. Seger, J. H., Westing, S. H., Hanson, M., Karlson, E., Ekblom, B. A new dynamometer measuring eccentric and eccentric muscle strength in accelerated, decelerated and isokinetic movements: validity and reproducibility. Eur. J. Appl. Physiol. 57, (5), 526-530 (1988).
  17. Westing, S. H., Seger, J. Y., Karlson, E., Ekblom, B. Eccentric and concentric torque-velocity characteristics of the quadriceps femoris in man. Eur. J. Appl. Physiol. 58, (1-2), 100-104 (1988).
  18. Aagaard, P., Simonsen, E. B., Andersen, J. L., Magnusson, P., Dyhre-Poulsen, P. Increased rate of force development and neural drive of human skeletal muscle following resistance training. J. Appl. Physiol. 93, (4), 1318-1326 (2002).
  19. Andersen, L. L., Aagaard, P. Influence of maximal muscle strength and intrinsic muscle contractile properties on contractile rate of force development. Eur. J. Appl. Physiol. 96, (1), 46-52 (2006).
  20. Henriksson, K. G. "Semi-open" muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure. Acta Neurol. Scand. 59, (6), 317-323 (1979).
  21. Matsuda, M., DeFronzo, R. A. Insulin sensitivity indices obtained from oral glucose tolerance testing: comparison with the euglycemic insulin clamp. Diabetes Care. 22, (9), 1462-1470 (1999).
  22. American Diabetes, Association. Diagnosis and classification of diabetes mellitus. Diabetes Care. 28, Suppl 1. S37-S42 (2005).
  23. Moberg, M., Apró, W., Ekblom, B., van Hall, G., Holmberg, H. C., Blomstrand, E. Activation of mTORC1 by leucine is potentiated by branched-chain amino acids and even more so by essential amino acids following resistance exercise. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 310, (11), C874-C884 (2016).
  24. Antharavally, B. S., Carter, B., Bell, P. A., Krishna Mallia,, A, A high-affinity reversible protein stain for Western blots. Anal. Biochem. 329, (2), 276-280 (2004).
  25. Brooke, M. H., Kaiser KK, Muscle fiber types: how many and what kind? Arch. Neurol. 23, (4), 369-379 (1970).
  26. Brooke, M. H., Kaiser, K. K. Three "myosin adenosine triphosphatase" systems: the nature of their pH lability and sulfhydryl dependence. J. Histochem. Cytochem. 18, (9), 670-672 (1970).
  27. Andersen, P. Capillary density in skeletal muscle of man. Acta Physiol. Scand. 95, (2), 203-205 (1975).
  28. Frank, P., Andersson, E., Pontén, M., Ekblom, B., Ekblom, M., Sahlin, K. Strength training improves muscle aerobic capacity and glucose tolerance in elderly. Scand. J. Med. Sci. Sports. 26, (7), 764-773 (2016).
  29. Blomstrand, E., Celsing, F., Fridén, J., Ekblom, B. How to calculate human muscle fibre areas in biopsy samples--methodological considerations. Acta Physiol. Scand. 122, (4), 545-551 (1984).
  30. Cuthbertson, D., et al. Anabolic signaling deficits underlie amino acid resistance of wasting, aging muscle. FASEB J. 19, (3), 422-424 (2005).
  31. Vincent, K. R., Braith, R. W., Feldman, R. A., Kallas, H. E., Lowenthal, D. T. Improved cardiorespiratory endurance following 6 months of resistance exercise in elderly men and women. Arch. Intern. Med. 162, (6), 673-678 (2002).
  32. Cadore, E. L., et al. Effects of strength, endurance, and concurrent training on aerobic power and dynamic neuromuscular economy in elderly men. J. Strength Cond. Res. 25, (3), 758-766 (2011).
  33. Jubrias, S. A., Esselman, P. C., Price, L. B., Cress, M. E., Conley, K. E. Large energetic adaptations of elderly muscle to resistance and endurance training. J. Appl. Physiol. (1985). 90, (5), 1663-1670 (1985).
  34. Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1alpha-mediated regulation of gene expression and metabolism: implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33, (5), 843-862 (2008).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

    Usage Statistics