Forbedring af styrke, magt, muskel-aerob kapacitet og glukosetolerance gennem kortvarig progressiv styrkeuddannelse blandt ældre mennesker
Summary
Effekten af kortvarig modstandstræning på ældre blev undersøgt ved samtidig brug af flere metoder. Sammenlignet med en kontrolgruppe blev der set mange forbedringer, herunder muskel-aerob kapacitet, glukosetolerance, styrke, styrke og muskelkvalitet ( dvs. protein involveret i celle-signalering og sammensætning af muskelfibre).
Abstract
Denne protokol beskriver samtidig brug af et bredt spektrum af metoder til at undersøge muskel-aerob kapacitet, glukosetolerance, styrke og effekt hos ældre, der udfører kortsigtet modstandstræning (RET). Overvågning af progressiv modstandstræning i 1 time tre gange om ugen i 8 uger blev udført af RET-deltagere (71 ± 1 år, intervall 65-80). Sammenlignet med en kontrolgruppe uden træning viste RET forbedringer af de foranstaltninger, der blev brugt til at indikere styrke, styrke, glukosetolerance og flere parametre for muskel-aerob kapacitet. Styrketræning blev udført i et motionscenter med kun robust træningsudstyr. Et isokinetisk dynamometer til knæforlængningsstyrke tillod måling af koncentrisk, excentrisk og statisk styrke, hvilket steg for RET-gruppen (8-12% efter-versus forprøve). Kraften (kraftfrekvensudviklingen, RFD) ved begyndelsen 0-30 ms viste også en stigning for RET-gruppen (52%). En glukosetolerance test med frequeNt blodglucosemålinger viste kun forbedringer for RET-gruppen i form af blodglukoseværdier efter 2 timer (14%) og området under kurven (21%). Blodlipidprofilen forbedredes også (8%). Fra muskelbiopsiprøver fremstillet ved hjælp af histokemi steg mængden af fibertype IIa, og en tendens til et fald i IIx i RET-gruppen afspejlede en ændring til en mere oxidativ profil i form af fibersammensætning. Western blot (for at bestemme proteinindholdet relateret til signaleringen for muskelproteinsyntese) viste en stigning på 69% i både Akt og mTOR i RET-gruppen; Dette viste også en stigning i mitokondriale proteiner for OXPHOS-kompleks II og citratsyntase (begge ~ 30%) og for komplekse IV (90%), kun i RET-gruppen. Vi demonstrerer, at denne type progressiv modstandstræning giver forskellige forbedringer ( fx styrke, magt, aerob kapacitet, glukosetolerance og plasma lipidprofil).
Introduction
Aldring er forbundet med tab af muskelmasse (sarkopi), styrke og kraft. Reduceret styrke, og sandsynligvis endnu vigtigere, strøm, resulterer i immobilitet, en øget risiko for skade og en reduceret livskvalitet. Modstandstræning er en velkendt strategi til at modvirke sarkopi og forringe muskelfunktionen. Et groft estimat af muskelstyrke kan opnås ud fra belastningen eller antallet af opnåede gentagelser. Denne undersøgelse fik imidlertid mere detaljeret og præcis information om muskelfunktion ved anvendelse af et isokinetisk dynamometer til at indsamle information om drejningsmomentet under isometrisk, koncentrisk og excentrisk sammentrækning samt på kinetikken af kraftudvikling.
Aerob kapacitet, både på hele kropsniveauet (VO 2max ) og i skeletmuskel, reduceres hos ældre. Faldet i hjertefrekvens med alder forklarer en stor del af faldet i VO 2max 1 , men reduceret musRen oxidativ kapacitet, der i høj grad er relateret til nedsat fysisk aktivitet 2 , bidrager. Forringet mitokondriel funktion kan også være involveret i udviklingen af sarkopi og insulinresistens 3 . Den muskel-aerobiske kapacitet blev vurderet i muskelbiopsier gennem biokemiske analyser af indholdet af mitokondrie-enzymer og proteinkomplekser placeret både i matrixen ( dvs. citratsyntase) og den indre mitokondrielle membran. Derudover blev histokemiske teknikker brugt til at måle effekten af modstandstræning på muskelmorfologi ( dvs. sammensætning af fibertype, fiber tværsnitsareal og kapillærtæthed). En alternativ metode til vurdering af muskel-aerob kapacitet er at anvende magnetisk resonansspektroskopi til at måle hastigheden af kreatinphosphatresyntese efter træningsfremkaldt udtømning 4 . Denne metode giver et estimat af in vivo muskel aerob kapacitY men kan ikke diskriminere mellem mitokondriel dysfunktion og kredsløbssygdomme. Desuden begrænser de høje omkostninger ved udstyr anvendelsen af denne teknik i de fleste laboratorier. Aerob kapacitet (VO 2max og mitokondrieltæthed) kan forbedres ved udholdenhedsøvelse hos både unge og gamle 5 , 6 . Effekten af modstandstræning på disse parametre er imidlertid blevet undersøgt mindre, især hos ældre personer, og resultaterne er modstridende 7 , 8 , 9 , 10 .
Type 2 diabetes er en udbredt sygdom hos den ældre befolkning. Fysisk inaktivitet og fedme er vigtige livsstilsrelaterede faktorer, der forklarer den øgede forekomst af type 2 diabetes. Lavintensiv aerob træning anbefales ofte til personer med nedsat glukosetolerance. Det er dog ikkeLær hvordan styrketrening hos ældre påvirker glukosetolerance / insulinfølsomhed 11 , 12 . Den mest nøjagtige måde at måle insulinfølsomhed på er at anvende glukoseklemmeteknikken, hvor blodglukosen opretholdes konstant ved glucoseinfusion under betingelser med forhøjet insulin 13 . Ulemperne med denne teknik er, at det er tidskrævende og invasiv (arteriel kateterisering) og kræver særlige laboratoriefaciliteter. I denne undersøgelse blev den oral glukosetolerancetest, som er almindelig i sundhedsenheder, brugt. Denne metode er egnet, når flere emner skal undersøges i en begrænset periode.
Prøvningen og tidslinjen for den eksperimentelle procedure kan opsummeres som følger. Brug tre separate dage til test før og efter en otte-ugers periode med samme arrangement og tilnærmede tidsplaner (≥24 timer mellem hver dag < Stærk> Figur 1). På den første testdag måles: antropometriske data, såsom højde, kropsmasse, fedtfri masse (FFM) og øvre ben omkreds ( dvs. 15 cm over apex patellae i en afslappet liggende stilling); Submaximal cykliske evne; Og knæmuskelstyrke som beskrevet i trin 4 og 5. Tag en muskelbiopsi fra låret på den anden testdag. For yderligere beskrivelser, se trin 6.1. Test oral glukosetolerance (OGTT) på den sidste testdag. For yderligere beskrivelser, se trin 7.1. Bed alle deltagere om at undgå kraftig fysisk aktivitet i 24 timer og hurtigere natten over før hver testdag. Men bed dem om at undgå anstrengende fysisk aktivitet i 48 timer før OGTT testdagen. Bed dem om at følge deres normale daglige fysiske aktivitet og kostvaner. Bemærk, at før og efter interventionen var begge gruppers selvrapporterede fødeindtag og type fødevarer uændrede.
Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Figur 1: Eksperimentel protokol. Skematisk diagram. Tidspunktet mellem de tre før- og efterprøver var ens for hvert fag og var mindst 24 timer. Yderligere oplysninger findes i teksten. Denne figur er blevet modificeret fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Klik venligst her for at se en større version af denne figur.
Denne undersøgelse forsøgte at undersøge effekten af kortsigtet modstandstræning hos ældre på muskeloxidativ kapacitet og glukosetolerance. Det andet mål var at undersøge effekten på styrke, styrke og muskelkvalitativ forbedring ( dvs. proteiner involveret i cellesignalering og sammensætning af muskelfibre).
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne undersøgelse har en række teknikker været anvendt til at undersøge virkningerne af kortvarig progressiv modstandstræning på ældre individs muskelfunktion / morfologi, aerob kapacitet og glukosetolerance. Hovedresultaterne var, at der i sammenligning med en kontrolgruppe forekom mange forbedringer i muskel-aerob kapacitet, glukosetolerance, styrke, magt og muskelkvalitet ( dvs. protein involveret i celle-signalering og muskelfibersammensætning). En stigning blev for eksempel set for: statisk, exc…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne er taknemmelige for Andrée Nienkerk, Dennis Peyron og Sebastian Skjöld for at overvåge træningssessionerne og flere tests; Til de emner, der deltager Til Tim Crosfield til sprogrevision; Og til den økonomiske støtte fra Svensk Skole for Idræt og Sundhedsvidenskab.
Materials
| Western blot | |||
| Pierce 660nm Protein Assay Kit | Thermo Scientific, Rockford, IL, USA | 22662 | |
| SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate | Thermo Scientific | 34096 | |
| Halt Protease Inhibitor Cocktail (100X) | Thermo Scientific | 78429 | |
| Restore PLUS Western Blot Stripping Buffer | Thermo Scientific | 46430 | |
| Pierce Reversible Protein Stain Kit for PVDF Membranes | Thermo Scientific | 24585 | |
| 10 st – 4–20% Criterion TGX Gel, 18 well, 30 µl | Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA, USA | 567-1094 | |
| Immun-Blot PVDF Membrane | Bio-Rad | 162-0177 | |
| Precision Plus Protein Dual Color Standards | Bio-Rad | 161-0374 | |
| 2x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 161-0737 | |
| 10x Tris/Glycine | Bio-Rad | 161-0771 | |
| 2-Mercaptoethanol | Bio-Rad | 161-0710 | |
| Tween 20 | Bio-Rad | P1379-250ML | |
| Band analysis with Quantity One version 4.6.3.software | Bio-Rad | ||
| 1% phosphatase inhibitor coctail | Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Antibodies | |||
| mTOR (1:1000) | Cell Signaling, Danvers, Massachusetts, USA | 2983 | |
| Akt (1:1000) | Cell Signaling, Danvers | 9272 | |
| Secondary anti-rabbit and anti-mouse HRP-linked (1:10000) | Cell Signaling, Danvers | ||
| Citrate synthase (CS) (1:1000) | Gene tex, San Antonio, California, USA | ||
| OXPHOS (1:1000) | Abcam, Cambridge, UK | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment – Analysis of muscle samples | |||
| Bullet Blender 1.5 for homogenizing | Next Advance, New York, USA | ||
| Plate reader | Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Histochemistry | |||
| Mayer hematoxylin | HistoLab, Västra Frölunda, Sweden | 1820 | |
| Oil Red o | Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA | 00625-25y | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 793566-2.5 kg | |
| Cobalt Chloride | Sigma-Aldrich | 60818-50G | |
| Amylase | Sigma-Aldrich | A6255-25MG | |
| ATP | Sigma-Aldrich | A2383-5G | |
| Glycine | VWR-chemicals / VWR-international, Spånga, Sweden | 101196X | |
| Calcium Chloride | VWR-chemicals / VWR-international | 22328.262 | |
| Iso-pentane | VWR-chemicals / VWR-international | 24872.298 | |
| Etanol 96% | VWR-chemicals / VWR-international | 20905.296 | |
| NaOH | MERCK, Stockholm, Sweden | 1.06498.1000 | |
| Na acetate | MERCK | 1.06268.1000 | |
| KCl | MERCK | 1.04936.1000 | |
| Ammonium Sulphide | MERCK | U1507042828 | |
| Acetic acid 100% | MERCK | 1.00063.2511 | |
| Schiffs´ Reagent | MERCK | 1.09033.0500 | |
| Periodic acid | MERCK | 1.00524.0025 | |
| Chloroform | MERCK | 1.02445.1000 | |
| pH-meter LANGE | HACH LANGE GMBH, Dusseldorf, Germany | ||
| Light microscope | Olympus BH-2, Olympus, Tokyo, Japan | ||
| Cryostat Leica CM1950 | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | ||
| Leica software Leica Qwin V3 | Leica Microsystems | ||
| Gel Doc 2000 – Bio-Rad, camera setup | Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden | ||
| Software program Quantift One – 4.6 (version 4.6.3; Bio Rad) | Bio-Rad Laboratories AB, Solna, Sweden | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Oral glucos tolerance test, OGTT | |||
| Glukos APL 75 g | APL, Stockholm, Sweden | 323,188 | |
| Automated analyser Biosen 5140 | EKF Diagnostics, Barleben, Germany | ||
| Insulin and C-peptide in plasma kit ELISA | Mercodia AB, Uppsala Sweden | 10-1132-01, 10-1134-01 | |
| Plate reader | Tecan infinite F200 pro, Männedorf, Switzerland | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Further equipment | |||
| Measures of fat-free-mass | FFM-Tanita T5896, Tanita, Tokyo, Japan | ||
| Strength training equipment for all training exercises | Cybex International Inc., Medway, Massachusetts, USA | ||
| Cycle ergometer | Monark Ergometer 893E, Monark Exercises, Varberg, Sweden | ||
| Heart rate monitor RS800, Polar | Polar Electro OY, Kampele, Finland | ||
| Oxycin-Pro – automatic ergo-spirometric device | Erich Jaeger GmbH, Hoechberg, Germany | ||
| Isokinetic dynamometer, Isomed 2000, knee muscle strength | D&R Ferstl GmbH, Henau, Germany | ||
| CED 1401 data acquisition system and Signal software | Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK | ||
| Software for muscle strength analysis, Spike 2, version 7 | Signal Hound, LA Center, WA, USA | ||
| Statistica software for statistical analyses | Statistica, Stat soft. inc, Tulsa, Oklahoma, USA | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Muscle biopsy equipment | |||
| Weil Blakesley conchotome | Wisex, Mölndal, Sweden | ||
| Local anesthesia | Carbocain, 20 mL, 20 mg/mL; Astra Zeneca, Södertälje, Sweden | 169,367 | |
| Surgical Blade | Feather Safety Razor CO, LTD, Osaka, Japan | 11048030 |
References
- Carrick-Ranson, G., et al. The effect of age-related differences in body size and composition on cardiovascular determinants of VO2max. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 68 (5), 608-616 (2013).
- Peterson, C. M., Johannsen, D. L., Ravussin, E. Skeletal muscle mitochondria and aging: a review. J. Aging. 2012, 194821 (2012).
- Russell, A. P., Foletta, V. C., Snow, R. J., Wadley, G. D. Skeletal muscle mitochondria: a major player in exercise, health and disease. Biochim. Biophys. Acta. 1840 (4), 1276-1284 (2014).
- Conley, K. E., Jubrias, S. A., Esselman, P. C. Oxidative capacity and ageing in human muscle. J. Physiol. 526 (Pt 1), 203-210 (2000).
- Holloszy, J. O. Adaptation of skeletal muscle to endurance exercise. Med. Sci. Sports. 7 (3), 155-164 (1975).
- Menshikova, E. V., Ritov, V. B., Fairfull, L., Ferrell, R. E., Kelley, D. E., Goodpaster, B. H. Effects of exercise on mitochondrial content and function in aging human skeletal muscle. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61 (6), 534-540 (2006).
- Balakrishnan, V. S., et al. Resistance training increases muscle mitochondrial biogenesis in patients with chronic kidney disease. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 5 (6), 996-1002 (2010).
- Ferrara, C. M., Goldberg, A. P., Ortmeyer, H. K., Ryan, A. S. Effects of aerobic and resistive exercise training on glucose disposal and skeletal muscle metabolism in older men. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 61 (5), 480-487 (2006).
- Frontera, W. R., Meredith, C. N., O’Reilly, K. P., Evans, W. J. Strength training and determinants of VO2max in older men. J. Appl. Physiol. (1985). 68 (1), 329-333 (1990).
- Toth, M. J., Miller, M. S., Ward, K. A., Ades, P. A. Skeletal muscle mitochondrial density, gene expression, and enzyme activities in human heart failure: minimal effects of the disease and resistance training. J. Appl. Physiol. (1985). 112 (11), 1864-1874 (2012).
- Zachwieja, J. J., Toffolo, G., Cobelli, C., Bier, D. M., Yarasheski, K. E. Resistance exercise and growth hormone administration in older men: effects on insulin sensitivity and secretion during a stable-label intravenous glucose tolerance test. Metabolism. 45 (2), 254-260 (1996).
- Davidson, L. E., et al. Effects of exercise modality on insulin resistance and functional limitation in older adults: a randomized controlled trial. Arch. Intern. Med. 169 (2), 122-131 (2009).
- DeFronzo, R. A., Tobin, J. D., Andres, R. Glucose clamp technique: a method for quantifying insulin secretion and resistance. Am. J. Physiol. 237 (3), E214-E223 (1979).
- Åstrand, P. O., Ryhming, I. A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during sub-maximal work. J. Appl. Physiol. 7 (2), 218-221 (1954).
- Björkman, F., Ekblom-Bak, E., Ekblom, &. #. 2. 1. 4. ;., Ekblom, B. Validity of the revised Ekblom Bak cycle ergometer test in adults. Eur. J. Appl. Physiol. 116 (9), 1627-1638 (2016).
- Seger, J. H., Westing, S. H., Hanson, M., Karlson, E., Ekblom, B. A new dynamometer measuring eccentric and eccentric muscle strength in accelerated, decelerated and isokinetic movements: validity and reproducibility. Eur. J. Appl. Physiol. 57 (5), 526-530 (1988).
- Westing, S. H., Seger, J. Y., Karlson, E., Ekblom, B. Eccentric and concentric torque-velocity characteristics of the quadriceps femoris in man. Eur. J. Appl. Physiol. 58 (1-2), 100-104 (1988).
- Aagaard, P., Simonsen, E. B., Andersen, J. L., Magnusson, P., Dyhre-Poulsen, P. Increased rate of force development and neural drive of human skeletal muscle following resistance training. J. Appl. Physiol. 93 (4), 1318-1326 (2002).
- Andersen, L. L., Aagaard, P. Influence of maximal muscle strength and intrinsic muscle contractile properties on contractile rate of force development. Eur. J. Appl. Physiol. 96 (1), 46-52 (2006).
- Henriksson, K. G. “Semi-open” muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure. Acta Neurol. Scand. 59 (6), 317-323 (1979).
- Matsuda, M., DeFronzo, R. A. Insulin sensitivity indices obtained from oral glucose tolerance testing: comparison with the euglycemic insulin clamp. Diabetes Care. 22 (9), 1462-1470 (1999).
- American Diabetes, Association. Diagnosis and classification of diabetes mellitus. Diabetes Care. 28, S37-S42 (2005).
- Moberg, M., Apró, W., Ekblom, B., van Hall, G., Holmberg, H. C., Blomstrand, E. Activation of mTORC1 by leucine is potentiated by branched-chain amino acids and even more so by essential amino acids following resistance exercise. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 310 (11), C874-C884 (2016).
- Antharavally, B. S., Carter, B., Bell, P. A., Krishna Mallia, ., A, A high-affinity reversible protein stain for Western blots. Anal. Biochem. 329 (2), 276-280 (2004).
- Brooke, M. H., Kaiser KK, . Muscle fiber types: how many and what kind?. Arch. Neurol. 23 (4), 369-379 (1970).
- Brooke, M. H., Kaiser, K. K. Three "myosin adenosine triphosphatase" systems: the nature of their pH lability and sulfhydryl dependence. J. Histochem. Cytochem. 18 (9), 670-672 (1970).
- Andersen, P. Capillary density in skeletal muscle of man. Acta Physiol. Scand. 95 (2), 203-205 (1975).
- Frank, P., Andersson, E., Pontén, M., Ekblom, B., Ekblom, M., Sahlin, K. Strength training improves muscle aerobic capacity and glucose tolerance in elderly. Scand. J. Med. Sci. Sports. 26 (7), 764-773 (2016).
- Blomstrand, E., Celsing, F., Fridén, J., Ekblom, B. How to calculate human muscle fibre areas in biopsy samples–methodological considerations. Acta Physiol. Scand. 122 (4), 545-551 (1984).
- Cuthbertson, D., et al. Anabolic signaling deficits underlie amino acid resistance of wasting, aging muscle. FASEB J. 19 (3), 422-424 (2005).
- Vincent, K. R., Braith, R. W., Feldman, R. A., Kallas, H. E., Lowenthal, D. T. Improved cardiorespiratory endurance following 6 months of resistance exercise in elderly men and women. Arch. Intern. Med. 162 (6), 673-678 (2002).
- Cadore, E. L., et al. Effects of strength, endurance, and concurrent training on aerobic power and dynamic neuromuscular economy in elderly men. J. Strength Cond. Res. 25 (3), 758-766 (2011).
- Jubrias, S. A., Esselman, P. C., Price, L. B., Cress, M. E., Conley, K. E. Large energetic adaptations of elderly muscle to resistance and endurance training. J. Appl. Physiol. (1985). 90 (5), 1663-1670 (1985).
- Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1alpha-mediated regulation of gene expression and metabolism: implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
