Veelzijdigheid van protocollen voor weerstandstraining en -beoordeling met behulp van statische en dynamische ladders in diermodellen
Summary
Het huidige protocol beschrijft weerstandstraining en testen met behulp van statische en dynamische ladders in diermodellen.
Abstract
Weerstandstraining is een lichaamsbewegingsmodel met diepgaande voordelen voor de gezondheid gedurende het hele leven. Het gebruik van diermodellen voor weerstandsoefeningen is een manier om inzicht te krijgen in de onderliggende moleculaire mechanismen die deze aanpassingen orkestreren. Het doel van dit artikel is om trainingsmodellen en trainingsprotocollen te beschrijven die zijn ontworpen voor krachttraining en evaluatie van weerstand in diermodellen en voorbeelden te geven. In dit artikel zijn krachttraining en weerstandsevaluatie gebaseerd op ladderklimactiviteit, met behulp van statische en dynamische ladders. Deze apparaten maken een verscheidenheid aan trainingsmodellen mogelijk en bieden nauwkeurige controle over de belangrijkste variabelen die de weerstandsoefening bepalen: volume, belasting, snelheid en frequentie. Bovendien is dit, in tegenstelling tot weerstandsoefeningen bij mensen, een gedwongen oefening. Aversieve prikkels moeten dus worden vermeden bij deze interventie om het dierenwelzijn te behouden. Voorafgaand aan de implementatie is een gedetailleerd ontwerp noodzakelijk, samen met een acclimatisatie- en leerperiode. Acclimatisatie aan trainingsapparaten, zoals ladders, gewichten en klinische tape, evenals aan de vereiste manipulaties, is noodzakelijk om afstoting van oefeningen te voorkomen en stress te minimaliseren. Tegelijkertijd wordt de dieren geleerd om de ladder op te klimmen, niet naar beneden, naar het rustgebied bovenaan de ladder. Weerstandsevaluatie kan fysieke kracht karakteriseren en het aanpassen en kwantificeren van de trainingsbelasting en de reactie op training mogelijk maken. Bovendien kunnen verschillende soorten sterkte worden geëvalueerd. Met betrekking tot trainingsprogramma’s, met het juiste ontwerp en apparaatgebruik, kunnen ze voldoende veelzijdig zijn om verschillende soorten kracht te moduleren. Bovendien moeten ze flexibel genoeg zijn om te worden aangepast, afhankelijk van de adaptieve en gedragsmatige reactie van de dieren of de aanwezigheid van verwondingen. Kortom, weerstandstraining en -beoordeling met behulp van ladders en gewichten zijn veelzijdige methoden in dieronderzoek.
Introduction
Lichaamsbeweging is een bepalende leefstijlfactor voor het bevorderen van de gezondheid en het verminderen van de incidentie van de meest voorkomende chronische ziekten en sommige soorten kanker bij mensen1.
Weerstandsoefening heeft interesse gewekt vanwege de overweldigende relevantie voor de gezondheid gedurende het hele leven2, vooral vanwege de voordelen ervan bij het tegengaan van leeftijdsgerelateerde ziekten die het bewegingsapparaat beïnvloeden, zoals sarcopenie, osteoporose, enz. 3. Bovendien beïnvloedt weerstandsoefening ook weefsels en organen die niet direct betrokken zijn bij de uitvoering van beweging, zoals de hersenen4. Deze relevantie in de afgelopen jaren heeft de ontwikkeling van resistentie-oefeningsmodellen bij dieren aangemoedigd om de onderliggende tissulaire en moleculaire mechanismen te bestuderen, wanneer dit niet mogelijk is bij mensen of wanneer de dieren beter inzicht geven en een meer gecontroleerd model zijn.
In tegenstelling tot weerstandsoefeningen bij mensen, vertrouwen onderzoekers voor diermodellen meestal op gedwongen procedures. Aversieve stimuli moeten in deze context echter worden vermeden, voornamelijk om het dierenwelzijn te behouden, stress te verminderen en de ernst van de experimentele procedures te verminderen5. Opgemerkt moet worden dat dieren zelfs in het wild van lichaamsbeweging genieten6. Om deze redenen is het noodzakelijk om de aanpassing aan het experiment te verbeteren door langdurige stapsgewijze acclimatisatie.
De apparaten, materialen en protocollen die worden gebruikt voor weerstandstraining en -beoordeling bij proefdieren moeten de nauwkeurige controle en modulatie van talrijke variabelen mogelijk maken: belasting, volume, snelheid en frequentie7. Ze moeten ook verschillende soorten spiercontracties mogelijk maken: concentrisch, excentrisch of isometrisch. Gezien het bovenstaande moeten de gebruikte protocollen specifiek kunnen evalueren of trainen voor verschillende toepassingen van kracht: maximale kracht, hypertrofie, snelheid en uithoudingsvermogen.
Er zijn verschillende methoden van krachttraining, zoals springen in water 8,9, gewogen zwemmen in water10, of spier elektrostimulatie11. Statische en dynamische ladders zijn echter veelzijdige apparaten die veel worden gebruikt 12,13,14.
Resistentiebeoordeling in experimentele diermodellen biedt waardevolle informatie voor veel onderzoeksomgevingen, zoals het beschrijven van de fenotypische kenmerken van genetisch gemodificeerde dieren, het evalueren van het effect van verschillende interventieprotocollen (suppletie van voedingscomponenten, medicamenteuze behandelingen, microbiotatransplantatie, enz.), Of het beoordelen van het effect van trainingsprotocollen. Trainingsmodellen geven inzicht in de fysiologie van aanpassing aan krachtoefeningen, wat helpt om het effect van lichaamsbeweging op de gezondheidstoestand en pathofysiologie beter te begrijpen.
Bijgevolg is er geen universeel protocol voor weerstandstraining of de functionele beoordeling van kracht in diermodellen, dus zijn veelzijdige protocollen nodig.
Het doel van deze studie is om de meest relevante factoren te identificeren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen en toepassen van een protocol voor weerstandstraining en -evaluatie met behulp van statische en dynamische ladders in diermodellen, en om specifieke voorbeelden te geven.
Protocol
Representative Results
Discussion
Training is een interventie met meerdere toepassingen in onderzoek, afgezien van de studie van lichaamsbeweging zelf. Zo heeft de analyse van het effect ervan op het ouder worden van20 of bepaalde pathologische aandoeningen en fysiotherapie21 de afgelopen jaren veel aandacht gekregen. Bovendien hebben tal van auteurs het effect van farmacologische22– of dieet21-interventies op de fysieke fitheid geanalyseerd. In deze context i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door het Ministerio de Economía y Competitividad, Spanje (DEP2012-39262 tot EI-G en DEP2015-69980-P tot BF-G). Met dank aan Frank Mcleod Henderson Higgins van McLeod’s English Centre in Asturië, Spanje, voor taalhulp.
Materials
| Dynamic ladder | in-house production | ||
| Elastic adhesive bandage 6 cm x 2.5 m | BSN medical | 4005556 | |
| Gator Clip Steel NON-INSUL 10A | Digikey electronics | BC60ANP | |
| Static ladder | in-house production | ||
| Weights | in-house production | ||
| Wire for holding weigths | in-house production |
References
- Pedersen, B. K., Saltin, B. Exercise as medicine – evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 25, 1-72 (2015).
- Westcott, W. L. Resistance training is medicine: effects of strength training on health. Current Sports Medicine Reports. 11 (4), 209-216 (2012).
- Garatachea, N., et al. Exercise attenuates the major hallmarks of aging. Rejuvenation Research. 18 (1), 57-89 (2015).
- Codina-Martinez, H., et al. Autophagy is required for performance adaptive response to resistance training and exercise-induced adult neurogenesis. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 30 (2), 238-253 (2020).
- Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Quinn, L. S. Assessment of murine exercise endurance without the use of a shock grid: an alternative to forced exercise. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (90), e51846 (2014).
- Meijer, J. H., Robbers, Y. Wheel running in the wild. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 281 (1786), 20140210 (2014).
- Suchomel, T. J., Nimphius, S., Bellon, C. R., Hornsby, W. G., Stone, M. H. Training for muscular strength: Methods for monitoring and adjusting training intensity. Sports Medicine. 51 (10), 2051-2066 (2021).
- Pousson, M., Perot, C., Goubel, F. Stiffness changes and fibre type transitions in rat soleus muscle produced by jumping training. Pflügers Archive. 419 (2), 127-130 (1991).
- Marqueti, R. C., et al. Biomechanical responses of different rat tendons to nandrolone decanoate and load exercise. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 21 (6), 91-99 (2011).
- Cunha, T. S., Tanno, A. P., Costa Sampaio Moura, M. J., Marcondes, F. K. Influence of high-intensity exercise training and anabolic androgenic steroid treatment on rat tissue glycogen content. Life Sciences. 77 (9), 1030-1043 (2005).
- Heinemeier, K. M., et al. Expression of collagen and related growth factors in rat tendon and skeletal muscle in response to specific contraction types. The Journal of Physiology. 582, 1303-1316 (2007).
- Hornberger, T. A., Farrar, R. P. Physiological hypertrophy of the FHL muscle following 8 weeks of progressive resistance exercise in the rat. Canadian Journal of Applied Physiology. 29 (1), 16-31 (2004).
- Yarasheski, K. E., Lemon, P. W., Gilloteaux, J. Effect of heavy-resistance exercise training on muscle fiber composition in young rats. Journal of Applied Physiology. 69 (2), 434-437 (1990).
- Khamoui, A. V., et al. Aerobic and resistance training dependent skeletal muscle plasticity in the colon-26 murine model of cancer cachexia. Metabolism. 65 (5), 685-698 (2016).
- Kregel, K. C., et al. Resource book for the design of animal exercise protocols. American Physiological Society. 152, (2006).
- Marino, G., et al. Autophagy is essential for mouse sense of balance. The Journal of Clinical Investigation. 120 (7), 2331-2344 (2010).
- Figueiredo, V. C., de Salles, B. F., Trajano, G. S. Volume for muscle hypertrophy and health outcomes: The most effective variable in resistance training. Sports Medicine. 48 (3), 499-505 (2018).
- Gentil, P., et al. Using velocity loss for monitoring resistance training effort in a real-world setting. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 43 (8), 833-837 (2018).
- Fernández-Sanjurjo, M., et al. Is physical performance (in mice) increased by Veillonella atypica or decreased by Lactobacillus bulgaricus. Journal of Sport and Health Science. 9 (3), 197-200 (2020).
- Shiguemoto, G. E., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase-2 activity and biomechanics and physical properties of bone in ovariectomized and intact rats. Scandivavian Journal of Medicine & Science in Sports. 22 (5), 607-617 (2012).
- de Sousa Neto, I. V., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase activity in skeletal muscles and blood circulation during aging. Frontiers in Physiology. 9, 190 (2018).
- Ghosh, S., Golbidi, S., Werner, I., Verchere, B. C., Laher, I. Selecting exercise regimens and strains to modify obesity and diabetes in rodents: an overview. Clinical Science. 119 (2), 57-74 (2010).
- Mônico-Neto, M., et al. Resistance training minimizes catabolic effects induced by sleep deprivation in rats. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 40 (11), 1143-1150 (2015).
- Hawley, J. A., Hargreaves, M., Joyner, M. J., Zierath, J. R. Integrative biology of exercise. Cell. 159 (4), 738-749 (2014).
- Booth, F. W., Laye, M. J., Spangenburg, E. E. Gold standards for scientists who are conducting animal-based exercise studies. Journal of Applied Physiology. 108 (1), 219-221 (1985).
- Kruger, K., et al. Functional and muscular adaptations in an experimental model for isometric strength training in mice. PLoS One. 8 (11), 79069 (2013).
- Hendrickse, P. W., Krusnauskas, R., Hodson-Tole, E., Venckunas, T., Degens, H. Endurance exercise plus overload induces fatigue resistance and similar hypertrophy in mice irrespective of muscle mass. Experimental Physiology. 105 (12), 2110-2122 (2020).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiology & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- Konhilas, J. P., et al. Loaded wheel running and muscle adaptation in the mouse. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 289 (1), 455-465 (2005).
- Reiter, A., et al. Functional measures of grip strength and gait remain altered long-term in a rat model of post-traumatic elbow contracture. The Journal of Biomechanical Engineering. , (2019).
- Stieglitz, T., Schuettler, M., Schneider, A., Valderrama, E., Navarro, X. Noninvasive measurement of torque development in the rat foot: measurement setup and results from stimulation of the sciatic nerve with polyimide-based cuff electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11 (4), 427-437 (2003).
- Seo, D. Y., et al. Humanized animal exercise model for clinical implication. Pflügers Archiv. 466 (9), 1673-1687 (2014).
- Tanaka, H., Swensen, T. Impact of resistance training on endurance performance. A new form of cross-training. Sports Medicine. 25 (3), 191-200 (1998).
- Hakkinen, K., Mero, A., Kauhanen, H. Specificity of endurance, sprint and strength training on physical performance capacity in young athletes. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 29 (1), 27-35 (1989).
- Vellers, H. L., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Inter-individual variation in adaptations to endurance and resistance exercise training: genetic approaches towards understanding a complex phenotype. Mammalian Genome. 29 (1), 48-62 (2018).
