Summary

Индукция и оценка физической нагрузке скелетных мышц нарушения у людей

Published: December 11, 2016
doi:

Summary

This article describes a safe and reliable method to induce and quantify exertional skeletal muscle damage in human subjects.

Abstract

Сужение-индуцированного повреждения мышц за счет добровольных эксцентричных (удлинение) сокращений дает прекрасную модель для изучения адаптации мышц и восстановления в организме человека. Здесь мы рассмотрим конструкцию эксцентричного протокола упражнений, чтобы вызвать повреждение в четырехглавой мышцы, отмеченные изменения в силе, болезненность и уровни креатинкиназы в плазме. Этот метод прост, этические, и широко применяется, поскольку она осуществляется в человеческих участников и устраняет межвидовой перевод результатов. Субъекты выполнения 300 максимальных эксцентрических сокращений колено разгибателей со скоростью 120 ° / сек на изокинетической динамометра. Степень повреждения измерима с использованием относительно неинвазивные изокинетическая и изометрические меры потери прочности, болезненность и плазменных уровней креатинкиназы в течение нескольких дней после тренировки. Следовательно, ее применение может быть направлено на конкретные группы населения в попытке идентифицировать механизмы для мышцадаптации и регенерации.

Introduction

The overall goal of this procedure is to induce exertional damage to the quadriceps femoris muscles using voluntary lengthening (eccentric) contractions in human subjects.

Contraction-induced skeletal muscle damage is a common consequence of exercise that is marked by delayed onset muscle soreness1, transient strength loss, and elevated muscle-specific enzymes in the blood2. Exertional muscle damage is most pronounced following exercise to which the subject is unaccustomed, particularly when eccentric contractions are involved3. Exertional muscle damage is typically benign. Soreness subsides, and both serum proteins and strength typically return to pre-damage levels within a few days to weeks after the damaging insult. In extreme cases, exertional muscle damage can lead to a life-threatening syndrome know as rhabdomyolysis. However, exertional muscle damage is usually insufficient to cause clinical rhabdomyolysis in healthy individuals4 in the absence of compounding factors including heat stress, dehydration5, infection6 or rare genetic predispositions7.

Contraction-induced muscle damage is typically less severe than toxin-induced or freezing-induced injury, methods often used in rodent studies8,9. Yet, contraction-induced injury provides a useful method to study the muscle damage response with notable advantages. First, it is a safe and ethical method for use with human subjects1-3. Thus, interspecies translation of the results is not needed as data can be obtained directly from human subjects. Moreover, translating data obtained from rodent studies is very difficult given that the severity of injury seen in the rodent injury models exceeds the level of damage that would be ethical to induce in human subjects. Second, contraction-induced damage is commonly experienced and a natural process of exercise. Therefore, this mode of damage induction is useful for studying muscle damage in the context of exercise, adaptation to exercise as well as overt muscle injury. Here we describe a safe and reliable method to induce and evaluate skeletal muscle damage using lengthening contractions in humans.

Protocol

Следующие процедуры в соответствии со стандартами совета организационного обзора Университета имени Бригама Янга (IRB). 1. Подготовьте контракции протоколы Примечание: Следующие инструкции протокола основаны на программном обеспечении Advantage Biodex. Перемеще…

Representative Results

Используя методы, представленные здесь, исходная болезненность, сыворотка креатин активности киназы, и прочность (изометрические и изокинетические) измерения были проведены в 7 неподготовленных молодых людей. На следующий день, испытуемые подверглись мышцы поврежда…

Discussion

Несколько шагов имеют решающее значение для получения желаемых результатов этого протокола. Во-первых, субъекты должны быть надлежащим образом ознакомлены с протоколами сжатия, в частности измерений силы. Убедитесь, что субъект понимает, что именно они должны делать, и дать им возможн…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no acknowledgements.

Materials

Biodex Dynomometer Biodex Medical Systems 850-000 Other models are available and should produce similar results
Creatine Kinase kit Sigma-Aldrich  MAK116
Serum Vacutainers BD Bioscience 367812
Winged safety push button blood collection set BD Bioscience 367338
Cryogenic vials Sigma-Aldrich  V5007 We use the 2mL vials to store serum aliquots

References

  1. Deyhle, M. R., et al. Skeletal Muscle Inflammation Following Repeated Bouts of Lengthening Contractions in Humans. Front. Physiol. 6, 424 (2015).
  2. Hyldahl, R. D., et al. Extracellular matrix remodeling and its contribution to protective adaptation following lengthening contractions in human muscle. FASEB J. 29 (7), 2894-2904 (2015).
  3. Hyldahl, R. D., Olson, T., Welling, T., Groscost, L., Parcell, A. C. Satellite cell activity is differentially affected by contraction mode in human muscle following a work-matched bout of exercise. Front. Physiol. 5, 485 (2014).
  4. Clarkson, P. M., Kearns, A. K., Rouzier, P., Rubin, R., Thompson, P. D. Serum creatine kinase levels and renal function measures in exertional muscle damage. Med. Sci. Sports Exerc. 38 (4), 623-627 (2006).
  5. Clarkson, P. M. Exertional rhabdomyolysis and acute renal failure in marathon runners. Sports Med. 37 (4-5), 361-363 (2007).
  6. Seedat, Y. K., Aboo, N., Naicker, S., Parsoo, I. Acute renal failure in the "Comrades Marathon&#34 runners. Ren. Fail. 11 (4), 209-212 (1989).
  7. Landau, M. E., Kenney, K., Deuster, P., Campbell, W. Exertional rhabdomyolysis: a clinical review with a focus on genetic influences. J. Clin. Neuromuscul. Dis. 13 (3), 122-136 (2012).
  8. Warren, G. L., et al. Role of CC chemokines in skeletal muscle functional restoration after injury. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 286 (5), C1031-C1036 (2004).
  9. Zhang, J., et al. CD8 T cells are involved in skeletal muscle regeneration through facilitating MCP-1 secretion and Gr1(high) macrophage infiltration. J. Immunol. 193 (10), 5149-5160 (2014).
  10. Cermak, N. M., Noseworthy, M. D., Bourgeois, J. M., Tarnopolsky, M. A., Gibala, M. J. Diffusion tensor MRI to assess skeletal muscle disruption following eccentric exercise. Muscle Nerve. 46 (1), 42-50 (2012).
  11. Chen, Y. W., Hubal, M. J., Hoffman, E. P., Thompson, P. D., Clarkson, P. M. Molecular responses of human muscle to eccentric exercise. J. Appl. Physiol. 95 (6), 2485-2494 (2003).
  12. Stasinger, S. K., Di Lorenzo, M. S. . Phlebotomy Textbook. , 188-203 (2011).
  13. Hubal, M. J., Chen, T. C., Thompson, P. D., Clarkson, P. M. Inflammatory gene changes associated with the repeated-bout effect. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 294 (5), R1628-R1637 (2008).
  14. Stupka, N., Tarnopolsky, M. A., Yardley, N. J., Phillips, S. M. Cellular adaptation to repeated eccentric exercise-induced muscle damage. J. Appl. Physiol. 91 (4), 1669-1678 (2001).
  15. Smith, L. L., et al. Changes in serum cytokines after repeated bouts of downhill running. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 32 (2), 233-240 (2007).
  16. Marqueste, T., Giannesini, B., Fur, Y. L., Cozzone, P. J., Bendahan, D. Comparative MRI analysis of T2 changes associated with single and repeated bouts of downhill running leading to eccentric-induced muscle damage. J. Appl. Physiol. 105 (1), 299-307 (2008).
  17. Crameri, R. M., et al. Myofibre damage in human skeletal muscle: effects of electrical stimulation versus voluntary contraction. J. Physiol. 583 (Pt 1), 365-380 (2007).
  18. Yu, J. G., Malm, C., Thornell, L. E. Eccentric contractions leading to DOMS do not cause loss of desmin nor fibre necrosis in human muscle. Histochem. Cell Biol. 118 (1), 29-34 (2002).
  19. Jamurtas, A. Z., et al. Comparison between leg and arm eccentric exercises of the same relative intensity on indices of muscle damage. Eur. J. Appl. Physiol. 95 (2-3), 179-185 (2005).

Play Video

Cite This Article
Deyhle, M. R., Sorensen, J. R., Hyldahl, R. D. Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans. J. Vis. Exp. (118), e54859, doi:10.3791/54859 (2016).

View Video