Lo svolgimento di prova per misurare le risposte fisiologiche e biologiche all'esercizio acuto negli esseri umani di esercizio submassimale e massima resistenza
Summary
Per valutare l’influenza dell’intensità dell’esercizio sulle risposte fisiologiche e biologiche, sono stati utilizzati due differenti protocolli di test. Metodi che delinea la prova di esercizio su un cicloergometro come una prova del consumo di ossigeno massimo incrementale e la resistenza, prova di resistenza submassimale allo stato stazionario sono descritti.
Abstract
Un’attività fisica regolare ha un effetto positivo sulla salute umana, ma i meccanismi che controllano questi effetti rimangono poco chiari. Le risposte fisiologiche e biologiche all’esercizio acuto sono influenzate principalmente dalla durata e l’intensità del regime di esercizio. Come esercizio è sempre più considerato come un trattamento terapeutico e/o strumento diagnostico, è importante che metodologie standardizzabili essere utilizzate per comprendere la variabilità e per incrementare la riproducibilità dei risultati di esercizio e misure di risposte a tali regimi. A tal fine, descriviamo due diversi regimi di esercizio in bicicletta che producono output fisiologiche differenti. In una prova, l’intensità dell’allenamento è continuamente aumentato con un maggiore carico di lavoro conseguente a una crescente risposta cardiopolmonare e metabolica (frequenza cardiaca, volume sistolico, ventilazione, consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica). Al contrario, durante le prove di esercizio di resistenza, la domanda è aumentata da quello a riposo, ma viene generata ad un’intensità di esercizio submassimale fisso conseguente a una risposta cardiopolmonare e metabolica che in genere altipiani. Insieme con i protocolli, forniamo suggerimenti sulla misurazione fisiologiche uscite che includono, ma non sono limitati a, frequenza cardiaca, capacità vitale lenta e forzata, metriche di scambio di gas e la pressione sanguigna per consentire il confronto delle uscite di esercizio tra studi. Biospecimens possono essere campionati quindi per valutare le risposte di espressione cellulare, proteine, e/o gene. Nel complesso, questo approccio può essere facilmente adattato in entrambi effetti a breve e a lungo termine di due regimi di esercizio distinti.
Introduction
L’attività fisica è definito come qualsiasi movimento del corpo prodotta dai muscoli scheletrici che richiedono energia spesa1. L’esercizio fisico è un’attività fisica che coinvolge il movimento ripetitivo del corpo fatto per migliorare o mantenere uno o più componenti di salute fisica2. In una sola volta, l’attività fisica non era consigliato per coloro che sono stati gravemente malato. Per gli individui con cancro, insufficienza cardiaca, o anche per coloro che erano incinte, riposo a letto è stato preferito nel corso di attività fisica. Pratica clinica ha drasticamente cambiato, come i benefici dell’esercizio sulla salute in generale stanno diventando innegabile3. L’esercizio fisico regolare è stato indicato per ridurre il rischio di malattie cardiovascolari, mortalità per qualsiasi causa, il rischio di cancro e ipertensione, migliorare il controllo glicemico, facilitare la perdita di peso o di manutenzione e impedire dell’osso e del muscolo perdita4,5 ,6,7,8.
I benefici estesi dell’esercizio ora hanno portato molti a utilizzare esercizio come un tipo di “medicina” e un’alternativa o Aggiunta opzione di trattamento per una varietà di condizioni3. Shulman et al. ha dimostrato che una combinazione di tapis roulant e resistenza esercizio potrebbe comportare miglioramenti nella velocità di andatura, la capacità aerobica e la forza muscolare che potrebbe migliorare il controllo del motore e la qualità complessiva della vita in pazienti con malattia di Parkinson9 . In pazienti con insufficienza cardiaca, intolleranza all’esercizio e interventi farmaceutici inadeguati contribuiscono a una scarsa qualità di vita10. Risultati iniziali da pazienti con scompenso cardiaco in fase di addestramento di esercizio nel HF-azione prova ha dimostrato miglioramento nella qualità della vita e riduzione dei ricoveri e mortalità11. Inoltre, l’applicazione dell’esercizio per alterare gli effetti cardiotossici di chemioterapia contenenti antracicline (ad es., doxorubicina) ha dimostrato che indipendentemente da quando è iniziato per quanto riguarda la chemioterapia i pazienti amministrazione (prima, durante o dopo), esercizio può fornire gli effetti benefici come riducendo il declino nella capacità aerobica, attenuando la disfunzione ventricolare di sinistra e ossidativo danno12.
I benefici dell’esercizio in salute e benessere non sono solo nella sua applicazione come farmaco/trattamento, ma anche come strumento diagnostico. La prova di esercizio è, ad esempio, utilizzata per diagnosticare l’intolleranza di esercitazione, ischemia nel cuore, o per capire la causa della brevità di alito13. Forse ancora più importante, la prova di esercitazione può essere utilizzata per identificare la disfunzione subclinica. Il corpo umano è nella maggior parte delle situazioni “overbuilt”, tale disfunzione o patofisiologia spesso possa rimanere nascosti e unapparent ad un individuo per mesi o anni. Questa osservazione potrebbe spiegare perché condizioni come l’ipertensione arteriosa polmonare o cancro del pancreas in silenzio possono aumentare la gravità tale che con il tempo i sintomi sono notati, queste condizioni tendono ad essere molto avanzato ed estremamente difficile da trattare2 . In alcune di queste situazioni, la prova di esercitazione può fornire uno stimolo di stress per il corpo che aumenta la domanda di cui sopra che della vita quotidiana e a volte possa identificare la disfunzione (cardiache, respiratorie, metaboliche) che non è stato visto a riposo, aiutando a diagnosticare una malattia e iniziare il trattamento precedente.
Al fine di massimizzare il potenziale terapeutico e diagnostico di esercizio, metodi standardizzati per quantificare le risposte all’attività fisica sono necessari per valutare con precisione i contributi di esercizio per la salute nel complesso immune. Variazioni nel carico di lavoro, inclinazione, durata, tipo di esercizio e la tempistica della raccolta del campione possono tutte le misurazioni di influenza di risposte fisiologiche. Qui, descriviamo metodi per esercizi di resistenza massima e submassimale raccogliere dati fisiologici durante la raccolta di campioni per risposte biologiche. Questa metodologia è stata utilizzata per capire quanto acuta esercizio interessato la distribuzione e la frequenza delle popolazioni leucocitarie nel periferico del sangue14 misurando popolazioni delle cellule immuni a vari intervalli di tempo, prima e dopo l’esercizio, tramite flusso cytometry con protocolli di flusso di 10 colori che consentono la quantificazione di tutti i sottoinsiemi principali del leucocita contemporaneamente15. Il seguente protocollo utilizzabile come un metodo standardizzato per due regimi di esercizio distinti per misurare le risposte fisiologiche e biologiche di esercitare.
Protocol
Representative Results
Discussion
C’è un grande potenziale per esercizio occorre integrare come strumento terapeutico aggiunta/alternativa. Infatti, un corpo emergente di prova suggerisce fortemente che l’attività fisica favorisce la buona salute. L’uso dell’esercizio come medicina o strumento diagnostico richiederebbe una comprensione della giusta quantità o “dose” di esercizio per ottenere l’effetto desiderato. La dose ottimale di esercizio dovrebbe essere stimata, come troppo esercizio può essere dannosa per migliorare la salute. Come tale, un reg…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato finanziato dal dipartimento di Mayo di clinica di medicina di laboratorio e patologia e altre varie fonti interne.
Materials
| 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 5mL | 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. | |||
Referencias
- 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).
- 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, 1-72 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sui, X., et al. Cardiorespiratory fitness and adiposity as mortality predictors in older adults. JAMA. 298 (21), 2507-2516 (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- American College of Sports Medicine. . ACSM’s guidelines for exercise testing and prescription. , (2013).
- 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).
- Freidenreich, D. J., Volek, J. S. Immune responses to resistance exercise. Exercise Immunology Review. 18, 8-41 (2012).
- 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).
- Gustafson, M. P., et al. A method for identification and analysis of non-overlapping myeloid immunophenotypes in humans. PLoS One. 10 (3), e0121546 (2015).
- Miller, M. R., et al. Standardisation of spirometry. European Respiratory Journal. 26 (2), 319-338 (2005).
- Miller, M. R., et al. General considerations for lung function testing. European Respiratory Journal. 26 (1), 153-161 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
