Проведение тестирования для измерения физиологических и биологических ответы на острые упражнения в организме человека субмаксимальных и максимальная выносливость

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

Чтобы оценить влияние интенсивности упражнений на физиологические и биологические реакции, использовались два различных упражнений протоколы испытаний. Описаны методы изложением тестирования на цикл велоэргометр как тест потребления добавочного максимальной кислорода и выносливость упражнения, установившемся субмаксимальных нагрузочное тестирование.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

Регулярная физическая активность имеет положительное влияние на здоровье человека, но механизмов, контролирующих эти эффекты остаются неясными. Физиологические и биологические ответы на острые упражнения преимущественно зависит от продолжительности и интенсивности осуществления режима. Как упражнения все чаще считается как терапевтического лечения и/или диагностический инструмент, важно, что standardizable методологии использоваться чтобы понять изменчивость и увеличить воспроизводимость результатов упражнения и измерения Ответы на такие схемы. С этой целью мы описываем две разные схемы Велоспорт упражнения, которые дают различные физиологические выходы. В тесте Максимальная Упражнение интенсивности упражнений постоянно увеличивается с большей нагрузкой, обусловило увеличение сердечно-легочными и метаболические реакции (ЧСС, ударный объем, вентиляция, потребление кислорода и двуокиси углерода производства). В отличие от этого во время испытания выносливости упражнения, спрос увеличивается, в состоянии покоя, но повышается до фиксированной субмаксимальных упражнения интенсивности, что приводит к сердечно-легочными и метаболический ответ, который обычно плато. Наряду с протоколами мы предоставляем предложения по оценке физиологических мероприятий, которые включают, но не ограничиваясь, сердечного ритма, медленно и принудительного жизненной емкости, газовый обмен метрик и кровяное давление, чтобы включить сравнение результатов осуществления между исследования. Затем Biospecimens можно попробовать оценить сотовых, белка или ген выражение ответов. В целом этот подход может быть легко адаптирована в оба кратко - и долгосрочной перспективе последствия двух схем различных упражнений.

Introduction

Физическая активность определяется как любое телесное движение, производимые скелетных мышц, которые требуют энергии расходы1. Упражнение – это физическая активность, которая включает повторяющиеся телесных движения, сделать, чтобы улучшить или сохранить один или несколько компонентов физического здоровья2. В одно время физической активности не рекомендуется для тех, кто серьезно болен. Для людей с раком, сердечной недостаточности, или даже для тех, кто были супоросы постельный было отдано над физической активности. Клинической практике пор резко изменилась, поскольку преимущества тренировки на общее состояние здоровья становятся неоспоримый3. Было показано, что регулярные физические упражнения помогают уменьшить риск сердечно-сосудистых заболеваний, смертности от всех причин, риск рака и гипертонии, улучшить управление сахара крови, способствовать потере веса или поддержание и предотвратить кости и мышцы потери4,5 ,6,,78.

Обширные преимущества тренировки теперь привели многих использовать упражнения как тип «медицина» и альтернативы или дополнения вариантом лечения для различных условий3. Шульман и др. показали, что сочетание беговой дорожки и сопротивления упражнений может привести к улучшение походки скорость, аэробной способности и мышечной силы, которые могли бы улучшить управление двигателем и общего качества жизни у пациентов с болезнью Паркинсона9 . В больных сердечной недостаточности упражнения нетерпимости и неадекватной фармацевтических вмешательства способствуют плохое качество жизни10. Первые результаты от сердечной недостаточности пациентов, перенесших осуществлять подготовку в ВЧ-действий Суда показали улучшение качества жизни и сокращения случаев госпитализации и смертности11. Кроме того применение упражнения изменить кардиотоксический эффект антрациклиновой содержащих химиотерапии (например, доксорубицин) продемонстрировал, что независимо от того, когда оно начато в отношении пациентов химиотерапия Администрация (до, во время или после), упражнения могут обеспечить благоприятное воздействие, такие, как сокращение сокращение в аэробной способности, смягчающих дисфункции левого желудочка и уменьшения окислительного повреждения12.

Преимущества тренировки в здоровье и благополучие являются не только в его применения как лекарство/лечение, но и как диагностический инструмент. Осуществление тестирования например, используется для диагностики упражнения нетерпимости, ишемии сердца, или понять причину затрудненное дыхание13. Возможно более важно, осуществлять тестирование может использоваться для выявления субклинической дисфункции. В большинстве ситуаций «надстроен», организм человека такова, что дисфункции или патофизиологии часто может оставаться скрытые и unapparent к индивидуалу, месяцев или лет. Это наблюдение может объяснить, почему условия, такие как легочной артериальной гипертензии или рак поджелудочной железы может молча увеличить в тяжести таким образом, что к тому времени наблюдаются симптомы, эти условия имеют тенденцию быть очень продвинутые и крайне трудно лечить2 . В некоторых из этих ситуаций осуществлять тестирование может стимулировать стресс в орган, который увеличивает спрос выше, повседневной жизни и порой может идентифицировать дисфункции (сердца, дыхания, метаболические), который не был замечен в состоянии покоя, помогающие диагностировать болезнь и начать лечение раньше.

С целью максимального лечебный и диагностический потенциал упражнения, стандартизированные методы количественной оценки ответов на физической активности необходимо точно оценить вклад упражнения для общей иммунной здоровья. Колебания рабочей нагрузки, наклонение, длительность, тип упражнений и сроков сбора проб можно все влияние измерения физиологических реакций. Здесь мы приводим методы для максимального и субмаксимальных выносливость упражнения, чтобы собрать физиологических данных во время сбора образцов для биологических реакций. Эта методология была использована для понять как острый упражнение пострадавших распределения и частота популяций лейкоцитов в периферической крови14 путем измерения иммунных клеток населения в различные моменты времени до и после тренировки проточной цитометрии с 10-цвет потока протоколов, обеспечивающих количественную оценку всех основных лейкоцита подмножеств одновременно15. Следующий протокол может использоваться как стандартизированный метод для двух различных упражнений схемы для измерения физиологических и биологических реакций осуществлять.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Протокол был одобрен Майо институциональных Наблюдательный Совет и соответствует Хельсинкской декларации. Все участники представили письменного информированного согласия до участия в тестировании описано.

1. Калибровка и настройка метаболических корзину

  1. Поток и объема (pneumotach) калибровка
    Примечание: Конкретные материалы и оборудование, перечислены в Таблице материалов.
    1. Откройте легочной функции и газового обмена программное обеспечение для калибровки для теста.
    2. Нажмите кнопку «Калибровка», чтобы открыть окно калибровки. В нижней части окна калибровки, обратите внимание, комнатной температуры, атмосферного давления и влажности — убедитесь, что эти ценности являются точные с помощью барометра.
    3. Вставьте пупочной и образец линии в pneumotach и затем вставить pneumotach в шприц 3 Л.
    4. Перед началом калибровки, нажмите кнопку «нулевой поток» для обеспечения того, чтобы не поток, пройдя через шприц.
    5. Нажмите кнопку «Пуск», чтобы начать калибровку. Сначала снять, а затем придать. Повторите 4 больше раз (5 всего), за исключением в различных расхода каждый раз. Поддержание постоянной скорости потока для каждого соответствующего вывода/инъекции, а затем изменять скорость потока для следующей итерации.
  2. Калибровка газа
    1. Приложите линию образца от респираторных массового спектрометр/газ анализатор/метаболический корзину для калибровки/дома порт в системе.
    2. В легочной функции программного обеспечения выберите вкладку O2/CO2 анализаторы, в окне калибровки. Откройте ссылку (номер воздуха 21% O20,04% CO2) и калибровки (12% O2 и 5% CO2) газовых баллонов.
    3. Выберите кнопку «Калибровка».
      Примечание: В системе метаболических корзину для переключения между ссылку и калибровочных газов, пробы в порту калибровки программное обеспечение будет функционировать электромагнитные клапаны. Исходя из этого программное обеспечение будет оценивать для любого смещения, выборки задержки из-за длины линии образца и время отклика 2 – 90%. Зеленый «Успешной калибровки» сообщение будет отображаться при завершении калибровки.
  3. Окончательный установки
    1. Удалите строку выборки из порта калибровочных газов и вставить его обратно в pneumotach. Затем приложите мундштук на pneumotach.
    2. Ждать для субъекта прибыть для нагрузочной пробы.
    3. По прибытии субъекта, информировать их об исследовании и что их участие будет, пересмотреть форму согласия с ними и у него подписать его, и как визит доходы постоянно обсуждать с ними какие (s) он будет делать дальше и представить объяснение процедуры, прежде чем делать их.
      Примечание: Критерии включения и исключения будут различаться в зависимости от цели тестирования упражнения, это исследование тех набранных были здоровыми, не курит, не известные сердечно-легочными или иммунных заболеваний и не принимает каких-либо стероиды или модулирует иммунные препараты.

2. легочной функции тест (PFT)

Примечание: Описанных методов испытания функции легких являются краткое изложение тех, опубликованной Американского торакального общества и Европейского респираторного общества, для получения дополнительной информации обратитесь к их публикации16,17.

  1. Маневр медленно жизненной емкости (SVC)
    1. Поручить тему сесть с прямая спина и ноги стояли на полу с ногами скрещиваем.
    2. Поручить тему поставить его/ее рот вокруг мундштука и кусать вниз; также соответствовать теме с зажимом нос отрезать носовой полости.
    3. Начните маневр на программное обеспечение. Когда начала маневра, поручить тему продолжать нормально дышать.
    4. Соблюдать этому вопросу Приливный дыхание и имеют ему продолжать дышать во время ожидания для него, чтобы достичь стабильного дыхание.
    5. Поручить этому вопросу максимально Вдохните и затем медленно выдыхайте. Тема будет держать опорожнения его легкие, до тех пор, пока они могут больше не выдыхайте. Эта точка будет очевидным плато в трассировки потока. На данный момент поручить тему максимальная подышать.
    6. Остановить измерение и поручить тему освободить мундштук и удалить клип нос сделать перерыв, если это необходимо.
      Примечание: Как минимум три SVCs выполняются. Чтобы соответствовать стандартам Американского торакального общества, они должны согласиться в пределах 5% или 150 мл для крупнейших VC и вдоха потенциала (IC) значения друг от друга. До 4 маневры могут быть выполнены для того, чтобы получить три, которые согласны16,17.
  2. Маневр принудительного жизненной емкости (ФЖЕЛ)
    1. Поручить этому вопросу Возьмите мундштук и прикрепить зажим носу сидячем оставаясь в той же позиции.
    2. Начать маневр на программное обеспечение и поручить тему продолжать нормально дышать. Убедитесь, что предметом создало стабильные дыхание с минимум четыре приливные вдохов.
    3. Поручить этому вопросу вдыхать полностью и быстро, а затем немедленно выдох (пауза < 1 s) максимально быстро и решительно.
    4. Скажите предмет/пациента продолжать попробовать и взрыва/push весь воздух из его легких, достигнув полного выдоха, оставаясь в вертикальное положение. Это рассматривается как плато кривой объем времени. Попросите их, чтобы продолжать пытаться выдох для до тех пор, как они могут; идеально подходит для 6 s.
    5. Как только это будет достигнуто, поручить тему максимальная подышать и остановить маневр на программное обеспечение.
      Примечание: Тест необходимо повторить еще по крайней мере два раза — обеспечение того, чтобы они соглашаются в пределах 5% или 150 мл для обоих двух крупнейших ФЖЕЛ ОФВ1 значения и друг друга. До 8 маневры могут быть выполнены для того, чтобы получить два, которые согласны.
  3. Максимальная добровольных вентиляции (MVV) маневр
    Примечание: Цель этого маневра является иметь тему так быстро, как они могут двигаться как можно больше воздуха. Они будут тренировал пытаться принимать в качестве больших дыханий максимально пока еще дыхание быстро.
    1. Поручить этому вопросу Возьмите мундштук и прикрепить клип нос при сохранении той же сидящих позиции.
    2. Начните маневр на программное обеспечение.
      Примечание: Отсчет бар в верхней части будет указано число дыханий требуется (обычно три) до данных начать сбор/измерений.
    3. С одной дыхание, чтобы идти в обратный отсчет направить пациента, чтобы начать дышать глубоко и быстро через мундштук. Они будут продолжать это для 12 s.
    4. Поощрять пациента на протяжении всей процедуры, чтобы дышать глубоко и быстро. Если предмет не может продолжать, остановите тест.
    5. В конце 12 s, Проинструктируйте пациента, чтобы возобновить нормальное дыхание. Они могут чувствовать свет во главе, поэтому поощрять их сидеть сложа руки и принимать медленных глубоких вдохов.
      Примечание: Для воспроизводимости испытания должны выполняться как минимум в два раза и предложил изменчивость должно быть менее 20%.

3. осуществлять испытания

  1. Размещение электродов
    1. Подготовьте кожу для электродов бритья волосы от электрода размещение сайта, если присутствует. Руб на сайте с спиртом салфеткой и затем с абразивный диск для удаления любой мертвые клетки кожи.
      Примечание: Электрод может помещаться как только это будет завершена, но будьте уверены, что электрод имеет достаточное гель и не сухой.
    2. Оборудовать предметом электроды для электрокардиограммы 12-ведущий, используя следующие размещения электродов.
      1. Положение конечности свинца электроды следующим: RA: правой подключичной ямки; LA: левой подключичной ямки; RL: вернусь чуть выше задней превосходной подвздошной кости позвоночника; LL: левый защитник чуть выше задней превосходной подвздошной кости позвоночника
      2. Позиция precordial приводит следующим: V1: справа от грудины в 4 межреберное пространство; V2: слева от грудины в 4 межреберное пространство (в соответствии с V1); V3: левая сторона непосредственно между V2 и V4; V4: слева в 5 межреберные пространства в линии midclavicular (обычно под груди/сосков); V5: место горизонтально с V4 по передней подмышечной линии (вниз от края подмышки (передней подмышечной складки плеча); V6: место горизонтально с V4 и V5 на средней вспомогательные линии.
  2. Добавочные максимальной циклическое испытание — посещение 1
    Примечание: Выполнение максимальной нагрузочной пробы поставляется с рисками. Американский колледж спортивной медицины описывается выявить лиц, которые подвергаются более высокому риску неблагоприятного события во время выполнения теста13. Те, кто будет считаться имеют значительный риск: известные сердечно-сосудистых, легочных и/или метаболических заболеваний; Основные симптомы: боль в груди, затрудненное дыхание (SOB) на отдых или с умеренным применением, головокружение или обморок, orthopnea, отек голеностопного сустава, сердцебиение тахикардия, перемежающаяся хромота, шумы в сердце известного, необычная усталость или СОБ с обычной деятельности; или по крайней мере два из сердечно-сосудистых заболеваний риски, факторы: семейная история инфаркта миокарда или внезапной смерти, возраста (мужчины ≥ 45, женщины ≥ 55), текущие курильщика, (сидячий образ жизни< 30 min of moderate intensity physical activity 3 days a week for at least 3 months), obesity (BMI ≥ 30 kg/m 30="" min="" of="" moderate="" intensity="" physical="" activity="" 3="" days="" a="" week="" for="" at="" least="" 3="" months),="" obesity="" (bmi="" ≥="" 30="">2), гипертония (систолическое артериальное давление (СПР) ≥ 140 мм или диастолическое кровяное давление (БРФ) ≥ 90 мм рт.ст.), дислипидемия (общего холестерина ≥ 200 мг/дл; ЛПНП ≥ 130 мг/дл; HDL < 40="" mg/dl,="" or="" on="" lipid="" lowering="" medication),="" prediabetes="" (fasting="" blood="" glucose=""> 100 мг/дл). Все Максимальная Упражнение тестирование должно выполняться под наблюдением медицинского работника подготовку в клинический упражнения, тестирование, с по крайней мере двух людей, один для мониторинга ЭКГ и других принимать давление крови и мониторинга пациента. Для тех, кто более высокий риск врач должен также присутствовать во время испытания, тогда как в тех, которые находятся на более низкий риск тест может выполняться без врача присутствует; желательно иметь врача неподалеку и немедленно при необходимости. Персонала, выполняющего тест должен иметь основные жизни поддержки с автоматизированных внешний дефибриллятор (AED) в комнате, и по крайней мере один или несколько исполняющих персонал должен иметь заранее сердечный жизни поддержки обучения. Тех, кто выполняет тест должен знать план реагирования на неотложной медицинской помощи и имеют соответствующие контактные номера.
    1. Установите тему для велосипеда, убедившись, что удобно расположены сиденья и руля.
      Примечание: Общее предложение для высоты сиденья такова, что нога имеет небольшой изгиб в нижней части педаль инсульта и сиденья должны корректироваться горизонтально так, что когда шатун параллельно земле колено должно упасть плюсневые кости, которые должны быть o ver педали шпинделя. Руль должен быть на той же высоте, как место или несколько выше и достаточно близко, чтобы субъект имеет небольшой изгиб в их локти. Руль позиция будет зависеть опыт всадника, более опытных велосипедистов хотят быть более наклонился, где находятся те, кто не велосипеда часто предпочитают более вертикальном положении.
    2. Место пульсоксиметр на лбу субъекта. Протрите место размещения с алкоголем wipe удалить любой макияж или грязи и т.д. и закрепите его на лоб с оголовьем.
    3. Обзор процедуры испытания упражнения с темой. Сообщите тему, что они будут должны остаться дыхание через мундштук для всей продолжительности теста, и дышать только через его рот, как нос будет подключен с носовой зажим.
      Примечание: С использованием мундштука и нос клип является не единственным вариантом; маски доступны, которые охватывают нос и рот, позволяя участник дышать через рот или нос18. Газовый обмен метрики являются непрерывно измеряется и регистрируется через легочную функцию программного обеспечения. Частота сердечных сокращений (HR) и ритм будет постоянно контролироваться 12-ведущий электрокардиограммы (ЭКГ). Периферические кислородного насыщения (SpO2) будет контролироваться непрерывно с пульсоксиметр. Эти внешние сигналы (HR, SpO2) могут быть связаны с метаболической корзину, так что все измерения описаны вместе. Если это не возможно, HR и SpO2 , должны быть записаны на листе в каждую минуту.
    4. Нарисуйте 5 мл крови из локтевой Вены (Базовые упражнения крови тираж).
    5. После 2 минут отдыха Начните сбор данных. Затем начать осуществлять протокол и поручить участник начать педалей. Попросите их достичь педали скорость между 60 и 80 пакетов RPM.
      Примечание: Для этого исследования, используемый протокол испытания максимальная упражнение был первоначальный объем работы 50 Вт с 30 W увеличивается каждые 2 мин. Используемый протокол может варьироваться в зависимости от населения и целей теста. Для пожилых людей или групп пациентов, первый этап может быть выполнен выгружен, чтобы позволить отдельным лицам получить их ноги движущихся перед добавлением сопротивление. В молодых здоровых людей это обычно нет необходимости как 50 W является достаточно низкой рабочей нагрузки, чтобы согреться. Педалей на 0 Вт при сохранении желаемой скорости педалей на самом деле более сложной, чем начиная с сопротивлением с самого начала.
    6. У помощь кровяное давление техник мера (BP) 1 мин в каждой стадии, в то время как второй техник помогает с тестом. Затем попросите предмет, чтобы оценить его уровень нагрузок на шкале Борг рейтинг по воспринимается нагрузок (ПЭС) где 6 означает, что напряжение воспринимается как легко (как (s) он является гостиным/стоит ничего не делать) и 20 указывает, что предполагаемой нагрузки на трудная работа, они могут представить себе делать18. Возьмите распечатку ЭКГ 12-ведущий в течение последних 30 секунд каждого этапа.
    7. Продолжить тест до изнеможения по предмету, который обозначается, имеющих по крайней мере, два из следующих происходят: при 60-80 об/мин на велосипеде может больше не поддерживаться, субъекта VO2 плато и не увеличивается с увеличением рабочей нагрузки, его респираторные обмен соотношение (RER) является равным или больше, чем 1.1-1.2, и/или субъектов рейтинг предполагаемых нагрузок (ПЭС) ≥ 18.
    8. Остановить тест при возникновении любого из следующих13: боли симптомы стенокардии или груди; падение в СПР ≥ 10 мм ртутного столба с увеличением в работе; чрезмерный рост в BP: SBP > 250 мм рт.ст и/или DBP > 115 мм рт.ст.; затрудненное дыхание, одышка, ног, судороги, или хромота; признаки плохого кровоснабжения: головокружение, путаница, тошнота, цианоз, холодной или липкая кожа; провал HR с увеличением интенсивности упражнений; изменение сердечного ритма с симптомами; предметом просьбы прекратить; Тема вокализов или наблюдается сильная усталость; Тестирование оборудования, не функционирует должным образом.
    9. Дойдя до истощения, приступить к этапу восстановления: падение сопротивления начальной нагрузки и поручить тему продолжать цикл для еще 2 мин.
    10. Нарисуйте еще 5 мл крови пациента (пост упражнения крови тираж) через локтевой венепункции.
    11. Прямой предмет вернуться в 3 h, и рисует 24 часа после завершения теста для дополнительных 5 мл крови. Поручить этому вопросу не принимать участие в дальнейших упражнений до завершения упражнения крови 3rd пост обратить на 24 ч.
      Примечание: Это были моменты времени, выбранный для этого исследования для оценки линии времени изменений в иммунных клеток. Вопросы и параметров интерес будет диктовать, когда должно происходить выборка.
  3. Выносливость-установившемся субмаксимальных циклическое испытание — посещение 2
    1. Выполните шаги 1 для калибровки, 3.1 Подготовка ЭКГ, 3.2.1 для установки велосипед и 3.2.2 для лба Импульсный оксигемометр установки.
    2. Обзор процедуры испытания упражнения с темой. Сообщите при условии, что они будут Байк за 45 мин, но в отличие от испытания максимальная упражнение, они только попросят дышать через мундштук с носовой зажим для секции теста и не непрерывно.
      Примечание: Как с максимальной упражнения испытаний, HR и ритм будет постоянно контролироваться 12 сигналов ЭКГ. SpO2 будет постоянно контролироваться с пульсоксиметр.
    3. Нарисуйте 5 мл венозной крови из локтевой Вены (базовой выносливости субмаксимальных упражнения крови тираж) перед запуском теста.
    4. Поручить этому вопросу Возьмите мундштук в рот и прикрепить клип нос.
    5. Начать сбор данных, а затем начать осуществление протокола. Поручить участник начать педалей и попросите их, чтобы достичь педали скорость между 60 и 80 пакетов RPM.
      Примечание: Для этого исследования протокол установившегося выносливость — 45 мин с 3 – 5 мин, прогреть на 50 Вт. После прогрева мощность увеличивается до 60% от максимальной нагрузки субъекта определяется от визита 1. Это отличается от посещения 1 в том, что Рабочая нагрузка является постоянным и схватки установлен для определенного периода времени, а не увеличения рабочей нагрузки, пока не будет достигнут пиковый VO2 .
    6. Измерить BP (использование того же техник, как раньше) и попросите предметом доклада нагрузки уровень периодически (каждые 3-5 мин) на протяжении всего упражнения.
    7. Поручить тему выпустить мундштук от 10 минй до 25тыс мин и снова Возьмите мундштук от 25 минй 30th мин и во время последних 5 минут 45 мин схватки (40th мин 45-й мин).
      Примечание: Газовый обмен метрики периодически проверяются только, когда речь идет о мундштук; прерывистый мониторинг осуществляется как мундштук может быть сухой и неудобно для субъекта, когда используется для более длительных периодов времени. Поскольку цель этого вида упражнений теста является темой достигают интенсивности указанного упражнений и затем провести, что как устойчивого состояния, Обмен газа субъекта не нужно постоянно контролироваться если это мера основного исхода. В случае этого исследования было стимулом, а не результат интерес.
    8. Гарантировать, что тест остается в установившемся путем мониторинга следующие показатели:
      1. Убедитесь, что VO2 не значительно возросла (+ /-5 мл/мин/кг) при теме вернулся на мундштук.
      2. Проверьте, что HR субъекта не увеличится более чем на 5 bpm.
      3. Наблюдать на предмет появляется усталость или его НПП рейтинг растет.
    9. Падение объема работы ~ 5-10% для обеспечения завершения 45 мин езды на велосипеде, если любой из выше происходит.
    10. После 45 мин поручить участник завершить период восстановления 2 мин легко педалей, а затем нарисуйте 5 мл венозной крови (пост упражнения крови тираж).
    11. Дайте же пост упражнения инструкции как визит 1 т.е., не участвовать в упражнение до тех пор, пока после 24 ч время пункт и вернуться к лаборатории для крови обращает 3 h и 24 h должностей.

4. кровь анализ

  1. Образцы обработки крови для анализа.
    Примечание: Потенциальные методы могут включать, но не ограничиваются, проточной цитометрии циркулирующих лейкоцитов, цитокин анализ образцов плазмы и/или анализ выражения геном лейкоцитарные. Кроме того оптимальное время точки может потребоваться определяется эмпирически.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Применение максимальной или субмаксимальных выносливость упражнения тестирования обеспечивает стимул или стресса, в котором тело реагирует на удовлетворения возросших физиологических потребностей. Различные режимы упражнения могут использоваться для сравнения физиологических и биологических ответы на особое упражнение само по себе или при использовании наркотиков/вмешательство, или оценить различия в ответах различных упражнений нагрузок. Максимальная и выносливость упражнения нагрузок различаются по продолжительности (короткий/длинный соответственно) и интенсивности (высокая/низкая, соответственно), в то время как режим, (т.е. Велоспорт), проводится постоянно. При проектировании исследование с упражнения тестирования, важно установить, что цели использования упражнений, и какой тип реакции желательно. Таблица 1 освещаются различия и сходства между субмаксимальных выносливость и максимальное осуществление тестирования, но исследователи также необходимо учитывать эффекты, которые будет иметь различные виды упражнений на оцениваются параметры. В Максимальная Упражнение тест, где спрос или упражнения интенсивность постоянно растет с увеличение рабочей нагрузки (сопротивление/мощности на велосипеде или скорость и/или сортности на беговой дорожке) сердечно-легочными и метаболические реакции (частота сердечных сокращений, ударный объем, вентиляция, потребление кислорода и углекислого газа производства) также постоянно увеличивать (рис. 1A). В отличие от этого во время теста субмаксимальных выносливость упражнения спрос увеличивается, в состоянии покоя, но повышается до фиксированной интенсивности упражнений. Таким образом сердечно-легочными ответ имеет увеличение первоначальных, но затем плато как тело приспосабливается к последовательной соотвествовать (Рисунок 1B). Разница в интенсивности и спроса между максимальной и субмаксимальных выносливость упражнения тестирования также очевидными при рассмотрении изменений в рейтинг предполагаемых нагрузок (ПЭС) и респираторные обмен соотношение (RER) за соответствующие упражнения схватки который по оценкам топлива, используемого для снабжения организма энергией. В максимальной нагрузочной пробы ПЭС и RER будет неуклонно увеличиваться до конца испытания (рисунок 2A), где как субмаксимальных выносливость упражнения эти параметры будут плато (рис. 2B).

Хотя не требуется, он может быть полезным для выполнения функции легких тест перед выполнением упражнения испытаний. Упражнение вызывает ответ сердечной и легочной и производительность во время нагрузочной пробы может быть ограничена метаболические функции и способности сердца, легких, или как реагировать. При оценке, если имеется ограничение на легких, полезно знать покоя легочной функции, которая может идентифицировать обструктивного или ограничительным ограничений через медленные жизненной емкости (SVC) и принудительного жизненной емкости (ФЖЕЛ) маневры. Выполнение максимального добровольных вентиляции (MVV) маневр, чтобы определить, что вентиляционной способности является полезным, как это затем может использоваться чтобы определить, сколько вентиляционной резерва или если лицо посягает на их вентиляционной пределов. Однако это значение также может быть оценена с ОФВ1. Перед проведением испытания функции легких, один следует пересмотреть стандартизированные методы для спирометрии, предоставляемые Американского торакального общества и Европейского респираторного общества16,17.

Figure 1
Рисунок 1: обмен и сердечного ритма данных газа для максимального и субмаксимальных выносливость упражнения тестов. Физиологические изменения в ответ на увеличение рабочей нагрузки (сопротивление в ваттах) максимального теста (A) и изменений наблюдается в тесте, выносливость (со временем) (B). Панели показывают изменения потребления кислорода (VO2, открытой вниз треугольники), производство диоксида углерода (VCO2, черные треугольники) по левой оси y откладывается и вентиляции (VE, черные круги) и сердечного ритма (HR, серые круги) на правой оси. Пик потребления кислорода (VO2 пик) и испытания выносливости или продолжительность субмаксимальных нагрузки указаны на каждом рисунке панель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: Параметры интенсивности упражнений для максимальной и выносливость упражнения тесты
Две панели показывают изменения в рейтинге предполагаемых нагрузок (ПЭС, звездочка) по левой оси y откладывается и респираторные обмен соотношение (RER, черный треугольник вниз) на правой оси y в ответ на увеличение работы (Вт) для максимальной нагрузочной пробы (A) и время (мин) для субмаксимальных испытание на прочность (B) на оси x. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Максимальной нагрузочной пробы Сходство Испытания на прочность субмаксимальных упражнения
– Продолжительность цель 10 – 20 мин – Постоянно контролируется HR – Продолжительность 30 + мин
– Увеличение интенсивности: интерполяция или этапов – BP измеряется на регулярной основе – Устойчивого состояния, желаемой интенсивности выбрали и провел
– Газообмен непрерывно контролируется -НПП измеряется – Периодически газ мониторинг exchange
– HR, VO2, VCO2 и VE, неуклонно растет с увеличением рабочей нагрузки – Постоянно контролируется пульсоксиметрии – HR, VO2, VCO2 и VE плато и рабочей нагрузки уменьшается, если начнут расти как цель состоит в том, чтобы держать их неподвижно
-RER — ≥ 1,1 -RER остается ниже < 1.0
– В конце измерений будет максимум того, что его тело может произвести (HR, VO2, VCO2, VE, рабочей нагрузки и т.д.) – В конце измерений будет процент максимум того, что его тело может произвести (HR, VO2, VCO2, VE, рабочей нагрузки и т.д.). Доля это продиктовано интенсивность субмаксимальных упражнения и/или продолжительность
– Чтобы знать, какой процент максимальной это максимальной нагрузочной пробы необходимо будет выполняться обычно на ранее визит
VO2: потребление кислорода; VCO2: производство двуокиси углерода; VE: вентиляция; HR: сердечного ритма; RER: респираторные обмен соотношение

Таблица 1: сравнение субмаксимальных и максимальной выносливости упражнения тестов. В таблице приведены различия и сходства между испытания два упражнения, описанные.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Существует большой потенциал для упражнения будут включены как адъюнкт/альтернативных терапевтическое средство. Действительно возникающих совокупность доказательств убедительно свидетельствуют о том, что физическая активность способствует хорошему здоровью. Использование упражнений как медицина или диагностический инструмент потребует понимания нужное количество или «дозы» упражнения для достижения желаемого эффекта. Оптимальная доза упражнения должны быть оценены, как слишком много упражнений может быть пагубным для улучшения здоровья. Таким образом осуществлять режим может потребоваться быть адаптированы для каждого для достижения оптимальных выгод от упражнения. С этой целью переменных, влияющих на характер разнообразных ответов для осуществления должны быть поняты и контролируется. Таким образом стандартизированных методологий для осуществления тестирования будет иметь решающее значение в продвижении на местах.

Лучший метод для нормализации интенсивности упражнений для тестирования субмаксимальных упражнение продолжает быть предметом дебатов. Мы решили использовать 60% от максимальной нагрузки достигнуто, но процент VO2Макс/пик, HRmax или HRRmax обычно используются для назначения осуществлять учебные интенсивности зон19. Совсем недавно были предложены другие методы более эффективной нормализации интенсивности упражнений для научных исследований. Один из них процент Дельта концепции, где интенсивность равным заданному проценту разницы между порог обмен газа и VO2Макс и было показано, что обеспечить более последовательное между предметом ответы на выносливость submaximal Упражнение, тестирования, чем с помощью процент VO2Макс20. Второй метод для Велоспорт акцизных тестирование является критической мощность (CP), который описывает выходной мощностью, которая соответствует порога усталости. На данный момент сердечно-легочными и метаболических реакций наиболее синхронизированы или единой. Когда упражнение выполняется ниже этого порога, периферийных усталость не ограничивает продолжительность упражнения могут быть выполнены для, и интенсивности упражнений могут быть стабилизированы. С другой стороны, выше CP, объем работы, что может быть сделано или W' могут быть определены и продолжительность до W' является исчерпаны может быть предсказано21. Лучший выбор для как для определения интенсивности субмаксимальных упражнений еще предстоит определить, но многие в области физиологии упражнений отойти от старых методов и перехода к одной из новых методов, описанных. Протокол выбран зависит от исследования и первичные результаты оцениваются. Кроме того в этом исследовании периодического мониторинга газового обмена был выбран чтобы сделать тест более комфортным для участников, как дыхание на мундштук для длительных периодов неудобно из-за сухости во рту. Слюна могут накапливаться и удерживая мундштук в рот может быть утомительно для челюсти. Так как основного исхода был изменения в лейкоцитах периферической крови и не изменения в сердечно-легочными ответ субмаксимальных выносливость упражнения, прерывистый мониторинга газового обмена для обеспечения что нагрузочной пробы оставались в стационарном состоянии было достаточно.

Мы разработали стандартизированные осуществления протоколов, но дополнительные шаги могут быть предприняты предшествующего тестирования для дальнейшего повышения согласованности и воспроизводимости результатов тестирования упражнения упражнения. Например у того же техник выполнения всех необходимых измерений артериального давления для проведения конкретного исследования, или как минимум, у того же техник измерения субъекта через несколько повторных испытаний. Во-вторых правильной калибровки всех испытательного оборудования, особенно метаболический анализатор, должны быть выполнены до каждого эксперимента. Наконец изменчивость населения субъекта и как это изменит индивидуальный ответ и сравнений между людьми следует рассмотреть и свести к минимуму. Это может быть уменьшен несколькими способами посредством ограничения использования стимуляторов (то есть, кофеин) и контроля пищи и физических упражнений до тестирования, а также обеспечение что субъектов хорошо отдохнувшим. Условия испытаний (оборудование, комнатной температуры, времени дня и т.д.) должны быть последовательным, если тесты будут повторяться. В некоторых сценариях, имея женских участников завершить тестирование на конкретном этапе их менструального цикла (например, ранние фолликулярной фазы) также является важным элементом управления. Кроме того исследователь нужно будет решить, если они позволят добавки и лекарства должны быть приняты, как они могут изменить ответ осуществлять. Хотя могут существовать дополнительные переменные управления для конкретного исследования, мы настоятельно рекомендуем, что эти меры будут включены в любые исследования дизайн с участием упражнения тестирования.

Упражнения схемы, описанные здесь могут быть использованы для изучения физиологических ответов на острые упражнения. Ранее мы использовали эту методологию понять иммунологических изменений у здоровых людей в двух различных упражнений схемы14. Мы собрали образцы крови перед началом упражнения испытаний с три крови образцов, собранных в разных временных точках после физических упражнений. Хотя максимальная и выносливость упражнения схемы, привело к быстрому накоплению нескольких популяций лейкоцитов, максимальный режим приведет к большей увеличению большинства субпопуляций лейкоцитов сразу же после того, как было выполнено тестирование. Мы также обнаружили, что CD56 окрашенных CD16 +++ естественных клеток-киллеров возросли наиболее сразу же после упражнения, но CD15+ гранулоцитов имел задержки ответа на три часа должностей. Как это хорошо известно, что лейкоцитов периферической крови быстро накапливаются в обращение после тренировки (рассмотрены Freidenreich и Волек22), наше исследование показало, что кинетика мобилизации являются весьма различными и конкретным типом ячейки. Естественных киллеров (НК) и CD8+ цитотоксических Т-клеток, по-видимому, наибольшее влияние на осуществление23, но другие группы населения, включая миелоидные клетки и клетки B также увеличить до некоторой степени. В то время как многие исследования были сосредоточены на острые эффекты одного упражнения событий, продольной обучения на основе осуществления схем скорее всего необходимы для обеспечения дополнительных проницательность в как упражнение влияет на долгосрочные иммунологические производительность.

Протоколы, описанные здесь предоставляют стандартизированной методологии для включения схем упражнения для биологических и физиологических реакций. Эти протоколы могут быть легко изменены для обоих одно упражнение тестов также долгосрочный продольной несколько тестирования. Физиологическая измерения могут включать, но не ограничиваются, сердечного ритма, артериального давления, потребление кислорода и индекс массы тела (ИМТ). Биологических реакций могут быть измерены от различных образцов, включая периферической крови, слюны, мочи и пота. Из этих образцов несколько параллельных анализов может быть осуществляется через проточной цитометрии клеточного состава, протеомики анализов, массивы выражение гена или другие виды биохимических и молекулярных подходов. Помимо понимания изменений в составе лейкоцитов периферической крови другие смотрели на плазменных маркеров воспаления24, цитокины25и как подготовки схемы могут быть использованы для изменения осуществили индуцированных изменений26 . Вместе взятые, стандартизированные протоколы позволяют измерения физической активности различных длительности и интенсивности с связанные физиологических параметров определенным образом.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют, что они не имеют никаких финансовых интересов.

Acknowledgments

Это исследование финансировалось Департаментом Mayo клинике лабораторной медицины и патологии и других различных внутренних источников.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Metabolic cart/portable system MCG Diagnostics Mobile Ultima CPX System The flow calibration syringe, and calibration gases should come with system. There are numerous possible options/alternatives.
Pulmonary function software (Breeze Suite) MCG Diagnostics Software used will depend on the metabolic system
Upright cycle ergometer Lode ergoline 960900 Numerous possible options/alternatives
12-Lead ECG GE Healthcare CASE Exercise Testing System Used for 12 lead ECG capture, control bike. Having a full 12-lead is ideal for maximal exercise test so can monitor for arhythmias, but alternative for just HR would be a wireless chest strap heart rate monitor
Pulse oximeter Masimo MAS-9500 Usually multiple probe options: finger, forehead, ear lobe.  Usually avoid finger as tight handlebar grip can cause measurement inaccuracies
Pneumotach (preVent Flow Sensor) MCG Diagnostics 758100-003 Alternative systems can use a turbine
Nose piece (disposable) MCG Diagnostics 536007-001  Numerous possible options/alternatives
Mouthpeice with saliva trap MCG Diagnostics 758301-001 Suggest filling the saliva trap with paper towel/gauze and tape cap to limit dripping
Headband Cardinal Health 292866 Used to secure the forehead pulse oximeter and the lines for the cart
Stethescope  3M Littman 3157SM Numerous possible options/alternatives
Blood pressure cuff HCS HCS9005-7 Cuff size will depend on the population planning to test
ECG Electrodes Cardinal Health M2570 only needed with lead based ECG/HR monitoring
K2EDTA tube 5 mL Becton Dickinson 368661
*The table provides a list of the supplies and equipment utilized in this protocol and comments related to the equipment. Brand name/company is provided, but the use of other brands will not affect the results, key is to keep it consistent throughout testing in a particular study.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Caspersen, C. J., Powell, K. E., Christenson, G. M. Physical activity, exercise, and physical fitness: definitions and distinctions for health-related research. Public Health Reports. 100, (2), 126-131 (1985).
  2. World Health Organization. Physical Activity. Available from: http://www.who.int/dietphysicalactivity/pa/en/ (2018).
  3. Pedersen, B. K., Saltin, B. Exercise as medicine - evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scandinavian Journal Medicine & Science in Sports. 25, Suppl 3. 1-72 (2015).
  4. Barlow, C. E., et al. Cardiorespiratory fitness is an independent predictor of hypertension incidence among initially normotensive healthy women. American Journal of Epidemiology. 163, (2), 142-150 (2006).
  5. Blair, S. N., et al. Changes in physical fitness and all-cause mortality. A prospective study of healthy and unhealthy. 273, (14), 1093-1098 (1995).
  6. Marson, E. C., Delevatti, R. S., Prado, A. K., Netto, N., Kruel, L. F. Effects of aerobic, resistance, and combined exercise training on insulin resistance markers in overweight or obese children and adolescents: A systematic review and meta-analysis. Preventive Medicine. 93, 211-218 (2016).
  7. Peel, J. B., et al. A prospective study of cardiorespiratory fitness and breast cancer mortality. Medicine and Science in Sports and Exercise. 41, (4), 742-748 (2009).
  8. Sui, X., et al. Cardiorespiratory fitness and adiposity as mortality predictors in older adults. JAMA. 298, (21), 2507-2516 (2007).
  9. Shulman, L. M., et al. Randomized clinical trial of 3 types of physical exercise for patients with Parkinson disease. JAMA Neurology. 70, (2), 183-190 (2013).
  10. Fleg, J. L., et al. Exercise training as therapy for heart failure: current status and future directions. Circulation. Heart Failure. 8, (1), 209-220 (2015).
  11. Flynn, K. E., et al. Effects of exercise training on health status in patients with chronic heart failure: HF-ACTION randomized controlled trial. JAMA. 301, (14), 1451-1459 (2009).
  12. Scott, J. M., et al. Modulation of anthracycline-induced cardiotoxicity by aerobic exercise in breast cancer: current evidence and underlying mechanisms. Circulation. 124, (5), 642-650 (2011).
  13. American College of Sports Medicine. ACSM's guidelines for exercise testing and prescription. Lippincott Williams & Wilkins. (2013).
  14. Gustafson, M. P., et al. A systems biology approach to investigating the influence of exercise and fitness on the composition of leukocytes in peripheral blood. Journal for Immunotherapy of Cancer. 5, 30 (2017).
  15. Freidenreich, D. J., Volek, J. S. Immune responses to resistance exercise. Exercise Immunology Review. 18, 8-41 (2012).
  16. Campbell, J. P., et al. Acute exercise mobilises CD8+ T lymphocytes exhibiting an effector-memory phenotype. Brain Behavior and Immunity. 23, (6), 767-775 (2009).
  17. Gustafson, M. P., et al. A method for identification and analysis of non-overlapping myeloid immunophenotypes in humans. PLoS One. 10, (3), e0121546 (2015).
  18. Miller, M. R., et al. Standardisation of spirometry. European Respiratory Journal. 26, (2), 319-338 (2005).
  19. Miller, M. R., et al. General considerations for lung function testing. European Respiratory Journal. 26, (1), 153-161 (2005).
  20. Borg, G. Ratings of perceived exertion and heart rates during short-term cycle exercise and their use in a new cycling strength test. International Journal of Sports Medicine. 3, (3), 153-158 (1982).
  21. Norton, K., Norton, L., Sadgrove, D. Position statement on physical activity and exercise intensity terminology. Journal of Science and Medicine in Sport. 13, (5), 496-502 (2010).
  22. Lansley, K. E., Dimenna, F. J., Bailey, S. J., Jones, A. M. A 'new' method to normalise exercise intensity. International Journal of Sports Medicine. 32, (7), 535-541 (2011).
  23. Poole, D. C., Burnley, M., Vanhatalo, A., Rossiter, H. B., Jones, A. M. Critical Power: An Important Fatigue Threshold in Exercise Physiology. Medicine and Science in Sports and Exercise. 48, (11), 2320-2334 (2016).
  24. Gustafsson, A., et al. Effects of Acute Exercise on Circulating Soluble Form of the Urokinase Receptor in Patients With Major Depressive Disorder. Biomarker Insights. 12, 1177271917704193 (2017).
  25. Hallberg, L., et al. Exercise-induced release of cytokines in patients with major depressive disorder. Journal of Affective Disorders. 126, (1-2), 262-267 (2010).
  26. Bengtsson Lindberg, M., Wilke, L., Vestberg, S., Jacobsson, H., Wisén, A. Exercise-induced Release of Cytokines/Myokines in a Single Exercise Test before and after a Training Intervention in Patients with Mild Cognitive Impairment. International Journal of Physical Therapy & Rehabilitation. 3, (2017).

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