最大及び最大下運動生理・生物学的ヒトにおける急性運動レスポンスを測定するテストを実施

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Summary

生理学的・生物学的反応に及ぼす運動強度の影響を評価するために 2 つの異なる運動テスト プロトコル活かされています。増分の最大酸素消費量のテストと持久力エルゴメータ テスト運動のアウトライン メソッド、定常最大下持久力テストが記述されます。

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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).

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Abstract

定期的な身体活動は人間の健康にプラスの効果が、これらの効果を制御するメカニズムは明白でなく残る。急性運動への生理学的、生物学的応答は持続時間と運動療法の強度によって主に影響を受けています。運動は治療法や診断ツールと考えてますます、standardizable 方法論が変動を理解するの測定と運動出力の再現性を高めるために利用されることが重要です。このようなレジメンへの応答。そのために、2 つの異なるサイクリング運動療法生理のさまざまな出力を生成するをについて説明します。最大運動負荷テストで運動強度が増加心肺・代謝応答 (心拍数、拍出量、換気、酸素消費量、二酸化炭素生産) の結果より大きい作業負荷を増加継続的にします。対照的に、持久力運動テストの需要が増加するから、安静時が通常高原心肺・代謝応答の結果固定最大下運動強度が発生します。プロトコルと共に、心拍数、ゆっくりと強制重大な容量、ガス交換の指標と運動出力の間の比較を有効にする血圧に限定されないが生理学的な出力を測定に提案を提供します。研究。Biospecimens は、遺伝子やタンパク質、携帯式の応答を評価するために、サンプリングすることができます。全体的にみて、このアプローチは 2 つの明瞭な運動療法の短期および長期効果に簡単に合わせることができます。

Introduction

身体活動は、エネルギー支出1を必要とする骨格筋によって生成される任意の身体運動として定義されます。運動は改善したり、物理的な健康2の 1 つまたは複数のコンポーネントを維持する反復的な身体の動きを伴う身体活動です。一度に、身体活動は、人が真剣に病気のため推奨されていませんでした。心不全、癌を持つ個人または妊娠した人のためにも、安静は身体活動に好まれました。臨床実習以来大幅に変更、全体的な健康の練習の利点は、紛れもない3になっています。定期的な運動は、心血管疾患リスク、全死因死亡、癌のリスクと高血圧を減らす、血糖コントロールを改善、減量やメンテナンスを容易にするため、骨や筋肉の損失4,5 を防ぐために示されています。 ,6,7,8

運動の広範な利点は今さまざまな条件3の「医学」と代替または補助の治療オプションの種類として運動を活用する多くを主導しています。シュルマン歩行速度、有酸素能力、モータ制御を向上させることが筋力の改善とパーキンソン病9患者の生活の全体的な品質、トレッドミル、抵抗運動の組み合わせが生じるを実証.心不全患者における運動不耐症と不十分な薬学の介入は、貧しい生活の質10に貢献します。心不全患者の生活の質における HF 行動試験実証改善と入院、死亡11削減運動トレーニングから最初の結果。また、アントラサイクリンを含む化学療法 (例えばドキソルビシン) の心毒性効果を変更する運動のアプリケーションに関して患者化学療法開始時期に関係なくことを実証しました。管理など好気性容量の減少を減らすこと、左心室機能不全を減衰と削減酸化損傷12(前に、中または後)、運動が有益な効果を提供できます。

健康とウェルネスの練習の利点は、/治療として診断ツールとしても応用でだけではありません。運動負荷試験は、例えば、運動不耐症、心臓の虚血の診断にまたは使用息13の息切れの原因を理解します。おそらくもっと重要なは、練習のテスト利用されるかもしれない潜在性機能障害を識別するために。人間の体は、機能障害や病態がしばしば隠れたままの状態個々 に明らかでない数ヶ月または数年間よう「オーバービルト」ほとんどの場合です。なぜ肺動脈高血圧症や膵癌などの条件を自動的に増やすことができますこの観察を説明するかもしれない重大度でその症状に気付いた時点でこれらの条件する傾向がある非常に高度で2 を治療するために非常に困難.このような状況の中、日常生活の時は病気の診断に役立って、安静時は見られなかった機能障害 (心臓、呼吸器系、代謝) を識別できる上記の需要を増加させる体にストレス刺激が提供できる運動負荷試験以前に治療を開始します。

運動の治療や診断の可能性を最大限に活用、するためには、全体的な免疫の健康運動の貢献を正確に評価する身体活動への応答を定量化する標準化された方法が必要です。ワークロード、傾斜、期間、運動の種類およびサンプル コレクションのタイミングの変化は、生理の影響測定できます。ここでは、生物学的応答のサンプルを収集しながら生理学的データを収集するために最大及び最大下持久力練習の方法をまとめました。この方法論がどのように急性の運動が影響を受けるを理解する使用されたフローサイトメトリーによる前に、や運動後にさまざまな時点での免疫細胞群を測定することによって、末梢血白血球ポピュレーションの頻度など血の14同時にすべての主要な末梢血白血球サブセットの定量化を可能にする 10 色流れのプロトコルと15。次のプロトコルを 2 つの明瞭な運動療法のための標準化された方法として行使する生理・生物学的反応を測定するために使用できます。

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Protocol

プロトコルは、メイヨー制度検討委員会によって承認され、ヘルシンキ宣言に準拠しています。提供のすべての参加者は、テストの説明に参加する前にインフォームド コンセントを書き込まれます。

1. 校正と代謝のカートのセットアップ

  1. 流れおよび音量 (pneumotach) 校正
    注: 特定の材料および装置の材料表のとおりです。
    1. 肺機能とテストのために校正するガス交換ソフトウェアを開きます。
    2. 校正ウィンドウを開くには「調整」ボタンををクリックしてします。校正ウィンドウの下部には、部屋の温度、気圧、湿度に注意してください-これらの値が気圧計を使用して正確であることを確認します。
    3. 臍とサンプル、pneumotach にラインし、3 L のシリンジに、pneumotach を挿入を挿入します。
    4. 調整を開始する前に注射器を通過して流れがないことを確認する「ゼロの流れ」ボタンをクリックしてします。
    5. キャリブレーションを開始する「スタート」をクリックします。最初に、撤回し、注入します。4 以上 (合計 5)、時間以外で流量が異なるたびを繰り返します。各それぞれの撤退/注入の一定流量を維持し、次のイテレーションの流量を変更します。
  2. ガス校正
    1. システムの校正/ホーム ポートに呼吸器質量分析計・ ガス分析装置/代謝カートからサンプル線を付けます。
    2. 肺機能ソフトウェアで調整ウィンドウで O2/CO2アナライザーのタブを選択します。参照 (部屋空気 21% O20.04% CO2) を開き、校正 (12% O2と 5% CO2) ガソリン タンク。
    3. キャリブレーション ボタンを選択します。
      注: 校正ポートでサンプリングされる参照および校正ガスを切り替える代謝カート システムの電磁弁は、ソフトウェアが動作します。このことから、サンプリング試料の線の長さと 2-90% 応答時間の遅れ、オフセットに対応ソフトウェアを評価します。校正が完了すると緑の「キャリブレーションは成功しました"メッセージが表示されます。
  3. 最後のセットアップ
    1. ガス校正ポートからサンプル行を削除し、pneumotach に挿入します。そして、pneumotach にマウスピースを接続します。
    2. 運動負荷試験のために到着する主題を待つ。
    3. 被写体の到着時に通知について研究し、彼らの関与がどうなるか彼らと同意書を確認、署名、彼/彼女と彼が次をやっているの説明何 (s) がそれらの訪問収入が継続的に議論として、それらを実行する前に手順。
      メモ: 包含と除外基準は運動負荷試験の目的によって異なるが、この研究者は、募集のため健康的な非喫煙者、なしでは、心肺や免疫疾患を知られていた薬ステロイドや免疫調整を取っていません。

2. 肺機能テスト (PFT)

注: 肺機能テストメソッドを記述米国胸部学会の発行するものの概要、欧州呼吸器学会詳細について参照してください彼らの出版物16,17

  1. 肺活量 (SVC) 演習
    1. 背筋と足を床に平らな足クロスで着席する主題を指示します。
    2. マウスピース、彼/彼女の口を入れて、噛む; 主題を指示します。鼻腔内を封鎖する鼻クリップ付き主題がまた合います。
    3. ソフトウェアの操作を開始します。演習を開始するとき普通に呼吸していく主題に指示します。
    4. 被験者の呼吸法を観察させ安定した呼吸パターンに到達する彼/彼女を待っている間呼吸を続けます。
    5. 最大限に息を吸い込み、ゆっくりと息を吐くに主題を指示します。件名が空に彼/彼女の肺まですることができますは、もはや息を吐き出します。この点は、フローのトレースでプラトーによって明らかになります。この時点で最大の息を主題に指示します。
    6. 測定を停止し、マウスピースを外し、必要な場合は、休憩を取るに鼻クリップ主題を指示します。
      注: 3 つの Svc の最小値、実行されます。米国胸部学会の基準を満たすためには、彼らは 5% 以内で同意する必要がありますまたは最大 VC と吸気容量 (IC) の値の両方にそれぞれ他の 150 mL。4 演習までを16,17に同意する 3 つを取得するために実行できます。
  2. 肺活量 (FVC) 演習
    1. マウスピースをつかみ、着座位置を同じに残り、鼻クリップを添付する主題を指示します。
    2. ソフトウェアの操作を開始し、普通に呼吸していく主題を指示します。主題を設けて 4 潮呼吸を最小限に抑えて安定した呼吸パターンを確認します。
    3. 完全にかつ迅速に、息を吸い込み、すぐに息を吐く (< 1 s の一時停止)、迅速かつ可能な限り強制的に主題を指示します。
    4. しようとすると爆発/プッシュ直立姿勢のまま完全な発散に達する彼/彼女の肺からすべての空気を続行する被験者/患者を教えてください。これは、ボリューム-時間曲線のプラトーとして見られています。出来る限り息をしようとして続けることを求める理想的には 6 の s。
    5. これが達成されれば、最大の息を吸って、ソフトウェア上の操作を停止し主題を指示します。
      注: テストを繰り返す必要が少なくとも 2 回以上、彼らは 5% 以内に同意することを確認または 2 つ最大 FVC と fev 社1値の両方の互いの 150 mL。8 演習までを同意する 2 つを取得するために実行できます。
  3. 最大換気 (MVV) を操縦します。
    注: この演習の目標にできるだけ多くの空気を急速にすることができます移動件名です。彼らは、まだ急速に呼吸しながら、可能な限り大きな呼吸としてしようとする指導されます。
    1. マウスピースをつかんで同じ座位を維持しながら鼻クリップを添付する主題を指示します。
    2. ソフトウェアの操作を開始します。
      注: 上部のカウント ダウン バーの数を示しますが呼吸のために必要な (通常 3) データの前にコレクション/測定を開始。
    3. カウント ダウンに行き 1 つ息をマウスピースを通して深く急速に呼吸を開始する患者を直接します。彼らは 12 のこれを続ける s。
    4. 深呼吸して、高速プロシージャ全体で患者をお勧めします。件名は続けることができる、テストを停止します。
    5. 12 の終わりに s、正常な呼吸を再開するように患者に指示します。彼らに向かう光を感じる、だから後ろに座るし、ゆっくりと深呼吸を取ることをお勧めします。
      注: 再現性のテストを実行する必要がありますの 2 回と推奨される変動の最小値は 20% 未満をする必要があります。

3 運動負荷試験

  1. 電極の配置
    1. 存在する場合電極の電極配置サイトから離れて剃る毛によって肌を準備します。アルコール パッドとし、任意の死んだ皮膚細胞を除去する研磨パッド サイトをこする。
      注: これは完成品が電極が十分なゲルが乾いていないことを確認したら、電極を配置できます。
    2. 次の電極配置を使用して 12 誘導心電図の電極、件名を装備します。
      1. 手足鉛電極の位置を次のように: RA: 右側鎖骨窩;ラ: 左側鎖骨窩;RL: すぐに戻ってすぐ上後腸骨棘。LL: 後腸骨棘のすぐ上と後ろの左
      2. 位置の胸部を次のように導く: V1: 第 4 肋間スペースに胸骨の右(V1); に沿って 4 肋胸骨の V2: 左V2 と V4 の間で直接 V3: 左側にあります。V4: 左側にある (通常の乳房/乳首); 下鎖骨中央線上の第 5 肋V5: を前腋窩線に V4 で水平方向に配置 (脇の下 (上腕の前方腋窩郭); の端からダウンV6: は中央の補助線に V4 と V5 と水平方向に配置します。
  2. 増分の最大サイクル試験-訪問 1
    注: 最大運動負荷テストを実行するリスクが付属しています。スポーツ医学のアメリカの大学は、テスト中に有害事象のリスクが高い人を識別する方法をについて説明します。13.重大なリスクを持っていると思われる人がある: 心血管系、肺、または代謝の病気を知られています。主な症状: 胸痛、息切れ、呼吸 (すすり泣き) 安静時や軽度の運動、めまいまたは失神、起座、足首の浮腫、動悸や頻脈、間欠性跛行、知られている心雑音、異常な疲労やすすり泣きの通常活動でまたは 2 つ以上の心血管疾患のリスク要因: 心筋梗塞や突然死、年齢 (男性 ≥ 45、女性 ≥ 55)、現在の家族歴、喫煙者、座りがちな生活 (< 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)、高血圧 (収縮期血圧 (SBP) ≥ 140 mmHg または拡張期血圧 (DBP) ≥ 90 mmHg)、高脂血症 (総コレステロール ≥ 200 ミリグラム/dL;LDL ≥ 130 mg/dL;HDL < 40="" mg/dl,="" or="" on="" lipid="" lowering="" medication),="" prediabetes="" (fasting="" blood="" glucose=""> 100 mg/dL)。すべて最大運動負荷試験心電図と血圧を採用し、患者を監視する他を監視する 1 つを少なくとも 2 人のテスト臨床練習で訓練を受けた医療専門家の監督の下で行わなければなりません。リスクが高い人は、医師にも存在、テスト中に医師存在せずリスクが低いものでテストを実行することができるに対しそれは近くと必要であればすぐに医師に好まれる。テストを実行する要員が必要基本的な生活のサポート、自動外部除細動器 (AED) 部屋でし少なくとも 1 つまたは複数の実行担当者事前救命トレーニングをサポートします。救急医療に対応するための計画を知っているし、適切な連絡先番号を持ってこれらのテストを実行する必要があります。
    1. 座席およびハンドルバーは快適に配置されるかどうかを確かめるバイクに主題に合います。
      注: シートの高さの一般的な提案は足がペダルの下部にわずかな曲がり、膝が o をする必要があります中足骨倒れるクランク アームが地面に平行の場合、水平方向に座席を調整する必要がありますようにver ペダル スピンドル。ハンドルバーまたはわずかに高いシートとして同じ高さで、件名を肘でわずかな曲がりには、十分に近い。ハンドルバーの位置がライダーの経験に左右されるより経験豊富なサイクリストがより以上に曲がっているでしょうより直立位置の方がよくバイクを行います人。
    2. 被験者の額にパルスオキシメータの場所。メイクや汚れなどを取り除き、鉢巻きを額に固定アルコール ワイプで配置場所を拭いてください。
    3. 件名の運動テスト手順を確認してください。マウスピースによって、テストの全体の持続期間のための呼吸を滞在し、彼/彼女の口からだけ息を鼻、鼻クリップで接続するように必要がある主題を通知します。
      注: マウスピース、鼻クリップを使用して唯一のオプションはありません。マスクは、鼻と口部参加者がどちらかで息を口または鼻の18をカバーする利用できます。ガス交換の指標は継続的に測定し、肺機能のソフトウェアを記録しました。心拍数 (HR) とリズムは、12 誘導心電図 (ECG) によって継続的に監視されます。パルスオキシメータと末梢の酸素飽和度 (スポ2) が継続的に監視されます。すべての測定値が一緒に記載されているので、これらの外部信号 (人事、SpO2) は代謝のカートにリンクできます。これが可能でない場合 HR と SpO2記録されなければならないワークシートの毎分。
    4. 肘静脈 (ベースライン運動血液) から 5 mL の血液サンプルを描画します。
    5. 残りの 2 分後に、データ収集を開始します。運動プロトコルを起動し、ペダルへの参加を指示します。60 と 80 の rpm 間ペダル速度に到達してもらいます。
      注: この研究のため使用される最大運動負荷テスト プロトコルだった 30 W と 50 W の最初の負荷をインクリメント 2 分ごと。使用されるプロトコル人口とテストの目標によって異なります。高齢者や患者は、最初の段階実行できますアンロード個人が自分の足を取得するを許可するように抵抗を追加する前に移動します。若い健康な人でこの通常必要はありません 50 W はウォーム アップを十分に低いワークロードです。0 W で所望のペダル速度を維持しながらペダルを踏むことは最初から抵抗で始まるよりも実際に困難です。
    6. テストで 2 番目の技術者をアシストしながら各ステージに 1 分支援技術者測定血圧値 (BP) を持っています。6 は運動は同じように簡単に認識を示しますボルグ評価の RPE) 規模で彼/彼女の運動レベルを評価する対象を求める ((s) のような彼は座り/立ち何) 20 は、主観的運動強度であることを示しますと、困難な作業は、彼らは18をやって想像することができます。各ステージの最後の 30 秒以内 12 リード心電図プリント アウトを取る。
    7. 少なくとも 2 次の発生する可能性を持っていることによって指定されている件名の枯渇までテストを続ける: サブジェクトの VO2高原は、ワークロードの増加と上昇していない自転車に 60-80 rpm を維持されなくことができるとき、彼/彼女呼吸交換比率 (RER) が等しいまたは 1.1-1.2、および/または対象より大きい自覚的運動強度 (RPE) ≥ 18 の評価。
    8. 次の13が発生した場合は、テストを停止: 狭心症や胸の痛みの症状の発症≥ 収縮期血圧 10 mmHg 作業の増加とドロップします。BP の過度な上昇: SBP > 250 mmHg および/または DBP > 115 mmHg;息切れ喘鳴、息切れ、足のけいれん、または性跛行。悪い血の兆候: ふらつき、混乱、吐き気、チアノーゼ、寒さやじめじめした肌。運動強度の増加に伴って増加する人事の失敗症状と心臓のリズムを変化します。サブジェクトの要求を停止;件名付け加えたりまたは厳しい疲労が観察されます。試験装置が正しく機能していません。
    9. 枯渇に達したら、回復段階に進む: 最初の負荷抵抗をドロップし、別の 2 分間に循環し続ける対象を指示します。
    10. 患者 (ポスト運動血液) から別の 5 mL の血液を描画を介して肘静脈穿刺。
    11. 3 h で戻ります件名を直接し、追加 5 mL の血液のテストの完了に続く 24 の h を描画します。24 h で 3rdポスト運動血の完了を描くまではさらに練習に参加しないように主題を指示します。
      注: これらは免疫細胞の変化の時間線を評価するこの研究のために選択の時点だった。質問および目的のパラメーターは、サンプリングが発生するときに決定されます。
  3. 耐久性定常水温サイクリング テスト — 訪問 2
    1. 校正用 1、3.1 心電図の準備のため、自転車継手の 3.2.1、3.2.2 額パルス パルスオキシメータ インストール用の手順を完了します。
    2. 件名の運動テスト手順を確認してください。45 分の自転車が件名を知らせるが、最大運動負荷テストとは異なり彼らのみ求められますセクションのテストと継続的に鼻クリップ付きマウスピースで息をします。
      注: 最大運動負荷試験と同様 HR とリズム継続的に監視される 12 誘導心電図。SpO2は、パルスオキシメータを継続的に監視されます。
    3. テストを開始する前に (基準耐久性最大下運動血液) 肘静脈から静脈血サンプル 5 mL を描画します。
    4. 口にマウスピースをつかみ、鼻クリップを添付する主題を指示します。
    5. データ収集を開始し、運動プロトコルを起動します。60 と 80 の rpm 間ペダル速度に到達してもらうやペダルへの参加を指示します。
      注: この研究のため耐久性定常状態プロトコルは 3-5 分のウォーム アップ ・ w ・ 50 と 45 分次のウォーム アップ、ワット数は訪問 1 から決定されるサブジェクトの最大負荷の 60% に増加しました。これは 1 の訪問から異なるワークロードが一定、特定の期間の試合を設定ピーク VO2に達するまで負荷を増やすのではなく。
    6. BP (以前と同じ技術者の使用) を測定し、運動を通してレポート運動レベルを断続的に (すべての 3-5 分) の対象を求めます。
    7. 25分、10分からマウスピースをリリースする対象を指示して 30分と 45 分試合 (45分 40 分) の最後の 5 分間 25分からマウスピースを掴み直した。
      注: ガス交換の指標が監視されている断続的にマウスピースを必要なときにだけマウスピースが乾燥し、時間の長い期間に使用する場合の件名のために不快にすることができます、断続的な監視が行われます。以来、このタイプの運動テストの目標指定された運動強度に到達し、押し、定常状態として件名のガス交換する必要はありません主要転帰指標でない限り、継続的に監視する件名を持つことです。本研究の場合は、刺激、および関心のない結果だった。
    8. テストは、次のメトリックの監視による定常状態であることを確認します。
      1. VO2が大幅に増加していないことを確認 (± 5 mL/分/kg) 被験者は、マウスピースに戻る。
      2. 被写体の HR 以上 5 bpm によって増加しないことを確認。
      3. 表示される件名疲れまたは彼/彼女の RPE の評価が上昇していることを確認します。
    9. 上記のいずれかが発生した場合、サイクリングの 45 分の完了を確認する 〜 5-10% の負荷をドロップします。
    10. 45 分以下簡単なペダルの 2 分回復期間を完了する参加者に指示し、静脈血 (ポスト運動血液) の 5 mL を描きます。
    11. 訪問 1などのように同じポスト運動の指示を与える、3 h 24 時間ポイントに返した後血のラボを描画するまで運動と 24 h ポスト運動に従事しません。

4. 血液分析

  1. 分析のプロセスの血液サンプル。
    注: 潜在的な方法などが循環する白血球、血漿のサイトカイン解析および/または白血球の遺伝子発現解析のフローサイトメトリーに限定されません。さらに、最適な時点は、経験的に決定する必要があります。

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Representative Results

最大、または最大下持久運動負荷試験の適用は、刺激やストレスは体が高められた生理学的要求を満たすために応答を提供します。単独でまたは薬剤/介入を使用すると、特定の運動への生理学的、生物学的応答を比較するまたは異なる運動負荷応答の違いを評価するため運動の様々 なモードを使用できます。最大と持久力の運動負荷が異なる期間 (ショート/ロングそれぞれ) と強度 (高/低それぞれ)、中に、モード (すなわち、サイクリング)、一定に保たれるが。運動負荷試験と研究を設計するときは、何を確立する運動の使用の目的は、応答のどのような種類が必要な重要です。表 1ハイライト違いと最大下持久性と最大運動負荷テストと類似点が研究者も評価されているパラメーターへの練習の異なるモダリティの影響を認識する必要があります。最大運動テストと需要や運動強度が継続的に増加している増加の負荷 (抵抗/自転車または速度および/またはトレッドミルの上グレードのワット数) (心拍数、拍出量、心肺・代謝応答換気、酸素消費量、二酸化炭素の生産) (図 1 a) を継続的に増加します。対照的に、最大下持久力運動テストの需要が増加するから、安静時には、発生中に運動強度を固定します。よう、心肺応答は最初の増加が、体 (図 1 b) 一貫して需要を満たすために適応するように、高原します。それぞれ練習試合以上主観的運動強度 (RPE) と呼吸交換比率 (RER) で変更を確認するとき、最大及び最大下持久運動負荷試験の強度と需要の違いを感じ取ることがまた、エネルギーで体を供給する使用されている燃料を見積もり。最大運動負荷試験における RPE と RER が着実に増加 (図 2 b) 頭打ちになるだろうどこ最大下持久力のようにこれらのパラメーターをテスト練習テスト (図 2 a) の終わりまで。

必須ではありませんが、運動テストを実行する前に肺機能テストを実行する有益なことです。運動は、心臓や肺の反応を引き出すし、代謝機能と対応する心臓や肺の機能が運動負荷試験中にパフォーマンスが制限されます。際に肺の制限がある場合、それは遅い肺活量 (SVC) により、閉塞性または制限の制限を識別できる安静時肺機能を知っておくと便利、肺活量 (FVC) 操縦します。換気能力が有用などのくらいの換気の予備が存在を確認、これを利用しすることができますまたは個人は、その換気の限界を侵している場合を判断する最大換気 (MVV) 作戦を実行します。ただし、この値は、fev 社1から推定することができます。肺機能テストを実行する前に 1 つはアメリカの胸部の社会およびヨーロッパの呼吸の社会16,17によって提供される肺活量測定の標準化された方法を確認ください。

Figure 1
図 1: 最大及び最大下持久運動負荷試験の心拍データの交換をガスします。(長い間に) 耐久試験において最大テスト (A) と変更 (ワットの抵抗) のワークロードの増加に応答の生理的変化 (B)。パネルは、左 y 軸と換気 (VE、黒い円)、心拍数 (HR、灰色円) 右の y 軸に (VO2、オープンの下向き三角形) の酸素消費量、二酸化炭素生産 (VCO2、黒い三角形) の変化を示します。最高酸素摂取量 (VO2ピーク) とテスト期間または持久力の最大負荷は、各パネルの図に表示されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 2
図 2: パラメーター最大と持久力運動テストの運動強度の
2 つのパネルは、左 y 軸と最大運動負荷試験 (A) と時間のための仕事 (ワット) を増加して右の y 軸に呼吸交換比率 (RER、黒の下向き三角形) に、自覚的運動強度 (RPE、アスタリスク) の評価の変化を示します。(分) x 軸の最大下持久力テスト (B)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

最大運動負荷試験 類似点 耐久性最大下運動負荷試験
-目標時間 10-20 分 -時間継続的に監視 -期間 30 + 分
-強度の増加: ランピング加工、段階 -BP は、一定の間隔で測定 -定常状態、必要強度を選択され
-ガス交換を継続的に監視 -網膜色素の測定 -断続的なガス交換を監視
-人事、VO2VCO2 VE のワークロードの増加とともに着実に増加 -パルス酸素濃度計を常時監視 -人事、VO2 VCO2 VE の高原し、ワークロードは低下の目標はこれらを安定に保つために上昇を開始するには
-RER は ≥ 1.1 です。 -< 1.0 以下 RER のまま
-端測定になります個々 の体が作り出すことができる最大値 (HR、VO2, VCO2VE は、ワークロードなど)。 -最後に測定の個々 の体を生成することができます最大の割合になります (HR、VO2, VCO2VE は、ワークロード、)。割合は、最大下運動および/または持続期間の強度によって決まります
-最大の割合を知るためには以前の訪問で通常実行する最大運動負荷試験が必要です。
VO2: 酸素の消費量がVCO2: 二酸化炭素生産;VE: 換気;人事: 心拍数;RER で: 呼吸交換比率

表 1: 最大及び最大下持久運動負荷試験の比較。テーブルは、違いと説明する 2 つの運動テストの間の類似点をまとめたものです。

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Discussion

補助/代替治療ツールとして組み込まれる運動のための素晴らしい可能性があります。確かに、証拠の出現ボディは強く物理的な活動が健康を促進することを提案します。薬や診断ツールとして運動の使用は、適切な量の理解や望ましい効果を達成するために運動の「線量」必要があります。練習の最適の線量が予想されるようにあまりにも多くの運動が健康を改善するため有害かもしれない。など、運動療法は、運動から最大限の効果を達成するために個々 に合わせて調整する必要があります。そのために、理解し制御を行使する多様な応答性に寄与する変数必要があります。したがって、運動負荷試験に標準化された方法論は、フィールドを前進で重要になります。

最大下運動負荷試験での運動強度を正規化する最良の方法は、議論の対象に続けています。HRmax または HRRmax が使われています運動トレーニング強度ゾーン19を処方使用の 60% を達成、最大負荷ですがピーク/VO2最大の割合にしました。最近では、他の方法、運動強度研究のための正規化でより効果的であると示唆されました。1 つは割合デルタ概念、強度が最大ガス交換しきい値と VO2の違いの指定されたパーセンテージに設定されてし、持久力最大のより一貫した主題の間応答が示されています。VO2最大20の割合を使用するよりもテストを行使します。サイクリング物品税のテストの 2 番目のメソッドは、疲労閾値に対応する出力を記述する重要な力 (CP) です。この時点で心肺および代謝応答、最も同期または統一されました。末梢性疲労がこのしきい値を下回る運動が実行されると、期間を限らず、運動を行うことが、運動強度を安定化することができます。その一方で、上記の CP、行うことができます作業の量または W' 識別できると W まで期間 ' は疲れ予測21にすることができます。最大下運動強度を決定する方法の最良の選択はまだ決定されるが、運動生理学の分野の多くは古い方法から離れ、に向かって説明する新しい方法の 1 つ。選択したプロトコルは、研究と評価されている第一次の結果によって異なります。さらに、本研究ではガス交換の断続的な監視に選ばれたマウスピースに長い一定期間のための呼吸は口の乾燥のため快適な参加者にとってより快適にテストを行います。唾を蓄積することができ、マウスピースを口の中で保持している顎の骨の折れることができます。主な結果だったので末梢血白血球の変化と変化ではなく最大下持久運動心肺応答で、定常状態における運動負荷試験が残っていることを確保するためガス交換の断続的な監視で十分でした。

我々 は標準化された運動プロトコルを概説したが、一貫性と運動負荷試験結果の再現性をさらに向上させるためのテスト運動の前に追加の手順を取ることができます。たとえば、特定の研究のために血圧測定のすべてを実行する同じ技術者または最低限、複数テストの繰り返しで件名の測定は、同じ技術者があります。第二に、各実験の前にすべてのテスト機器、特に代謝のアナライザーの適切な校正を行わなければなりません。最後に、件名人口とどのように個々 の応答と個人間の比較が変更されますのばらつきを考慮し、最小化する必要があります。これは、を介して覚醒剤 (すなわちカフェイン) の食品の摂取量とテストしても被験者をも休んで、確保前に運動の制御の使用を制限するいくつかの方法で軽減できます。一貫したテストが繰り返される場合、試験条件 (機器、部屋の温度、時間帯、) を収めます。いくつかのシナリオで、女性参加者の月経周期の特定の段階でのテストを完了 (例えば、卵胞期初期) も重要なコントロールです。さらに、研究者は、かどうかことはサプリメントや薬を取られると運動への応答を変えることができるこれらを決定する必要があります。特定の研究のためのコントロールに追加の変数がありますが、手順にあらゆる研究デザインを含む運動負荷試験に取り込まれることを強くお勧めします。

ここで説明した運動療法は、急性運動時の生体反応を研究に利用できます。2 つの異なる運動療法14で健全な個人の免疫学的変化を理解する以前この方法を使いました。運動が運動後異なる時点で収集された 3 つの血液サンプルをテストする前に血液を採取しました。最大と持久力運動療法いくつかの白血球ポピュレーションの急速な蓄積につながった最大の処方につながるほとんど白血球サブポピュレーションの大きい増加テストが実行された後すぐに。また分かった CD56+CD16+運動、しかし CD15 のほとんど直後にナチュラル キラー細胞が増加した+顆粒 3 時間ポスト運動のピークによって応答の遅延を持っていた。同様によく知られている末梢血白血球が急速に循環運動 (Freidenreich と Volek の22によって再検討されました) に蓄積、私たちの研究は、動員論がかなり異なっているし、細胞の特定の種類を示した。ナチュラル キラー (NK) 細胞および CD8+細胞傷害性 T 細胞が運動23時に最も影響を受けたように見えるがも骨髄細胞と B 細胞を含む他の集団をある程度増やします。多くの研究は、単一運動イベントの急性効果に焦点を当てている、縦のトレーニングによる運動療法が運動が長期的な免疫学的パフォーマンスに影響を与えるに追加の洞察力を提供する必要可能性が高いです。

ここで説明されているプロトコルは、生物学的および生理学的な応答のための運動療法を組み込むための標準化された方法を提供します。これらのプロトコルは、両方の単一の運動テスト同様長期縦断的複数の簡単に変更できるテストします。生理学的測定などがありますが、心拍数、血圧、酸素消費量、ボディマス指数 (BMI) に限定されません。生物学的応答は、さまざまな標本末梢血液、唾液、尿、汗などから測定できます。これらのサンプルから複数の同時解析は細胞構成、プロテオミクス解析、遺伝子発現アレイ、または他の種類の生化学的、分子生物学的アプローチのフローサイトメトリーを介して実行をすることができます。末梢血白血球の組成の変化を理解、に加えて他の人はプラズマ マーカー炎症24サイトカインは、25日、トレーニング療法で行使による変化26 を変更する使用する方法を見ています。.まとめると、標準化されたプロトコルにより、異なる期間の身体活動量の測定と強度で定義された方法で生理学的パラメーターを関連付けられています。

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Disclosures

著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。

Acknowledgments

本研究は、メイヨー クリニック臨床検査医学科病理と他のさまざまな内部ソースによって賄われていた。

Materials

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

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References

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