Verbetering van sterkte, kracht, spier aërobe capaciteit en glucosetolerantie door middel van korte termijn progressieve kracht training onder oudere mensen
Summary
Het effect van de korte termijn weerstand training op ouderen werd onderzocht door het gelijktijdig gebruik van verschillende methoden. Vergeleken met een controlegroep, werden vele verbeteringen gezien, met inbegrip van spier-aërobe capaciteit, glucosetolerantie, sterkte, kracht en spierkwaliteit (dat wil zeggen eiwit dat betrokken is bij celsignaalvorming en samenstelling van spiervezels).
Abstract
Dit protocol beschrijft het gelijktijdig gebruik van een breed scala aan methoden om spier-aërobe capaciteit, glucosetolerantie, kracht en kracht te onderzoeken bij ouderen die korte termijn weerstandstraining uitvoeren. Gedurende de 8 weken driehonderd week per week was er een progressieve weerstandstraining onder toezicht van de RET-deelnemers (71 ± 1 jaar, bereik 65-80). Vergeleken met een controlegroep zonder training, vertoonde de RET verbeteringen op de maatregelen die werden gebruikt om sterkte, kracht, glucosetolerantie en verschillende parameters van spier-aërobe capaciteit aan te geven. Sterktraining werd uitgevoerd in een sportschool met alleen robuuste fitnessapparatuur. Een isokinetische dynamometer voor knie extensorsterkte toonde de meting van concentrische, excentrische en statische sterkte, die voor de RET-groep toegenomen (8-12% post-versus pre-test). De kracht (snelheid van krachtontwikkeling, RFD) bij de initiële 0-30 ms vertoonde ook een stijging voor de RET-groep (52%). Een glucosetolerantietest met frekeNt bloedglucosemetingen vertoonden na 2 uur (14%) en het gebied onder de kromme (21%) alleen verbeteringen voor de RET-groep in termen van bloedglucosevoorwaarden. Het bloed lipide profiel verbeterde ook (8%). Uit spierbiopsiemonsters die zijn bereid met behulp van histochemie, is de hoeveelheid vezel type IIa toegenomen, en een trend naar een afname van IIx in de RET-groep weerspiegelt een verandering in een meer oxidatief profiel in termen van vezelsamenstelling. Western blot (om het eiwitgehalte in verband met de signalering voor spierproteïne synthese te bepalen) vertoonde een stijging van 69% in zowel Akt als mTOR in de RET-groep; Dit vertoonde ook een toename van mitochondriale eiwitten voor OXPHOS complex II en citraat synthase (beide ~ 30%) en voor complexe IV (90%), in alleen de RET-groep. We laten zien dat dit type progressieve weerstandstraining verschillende verbeteringen biedt ( bijvoorbeeld kracht, vermogen, aërobe capaciteit, glucosetolerantie en plasma lipide profiel).
Introduction
Veroudering is geassocieerd met verlies van spiermassa (sarcopenie), kracht en kracht. Verminderde sterkte, en waarschijnlijk nog belangrijker, kracht, resulteert in onmobiliteit, een verhoogd risico op letsel en een verminderde levenskwaliteit. Resistance training is een bekende strategie om sarcopenie tegen te gaan en de spierfunctie te verslechteren. Een ruwe schatting van spierkracht kan worden verkregen uit de lading of het aantal gerealiseerde herhalingen. Deze studie kreeg echter gedetailleerde en nauwkeuriger informatie over spierfunctie met behulp van een isokinetische dynamometer om informatie over het koppel te verzamelen tijdens isometrische, concentrische en excentrische samentrekking, evenals op de kinetiek van krachtontwikkeling.
Aërobe capaciteit, zowel op het gehele lichaamsniveau (VO 2max ) en in de skeletspier, wordt verlaagd bij ouderen. De afname in hartslag met leeftijd verklaart een groot deel van de afname in VO 2max 1 , maar verminderde muizenGoede oxidatieve capaciteit, grotendeels gerelateerd aan verminderde fysieke activiteit 2 , draagt bij. Verslechterde mitochondriale functie kan ook betrokken zijn bij de ontwikkeling van sarcopenie en insulineresistentie 3 . De spieraërobe capaciteit werd beoordeeld in spierbiopsies door middel van biochemische analyses van de inhoud van mitochondriale enzymen en eiwitcomplexen, die zowel in de matrix (dat wil zeggen, citraatsynthase) en het inwendige mitochondriale membraan bevinden. Daarnaast werden histochemische technieken gebruikt voor het meten van het effect van weerstandstraining op spiermorfologie ( dwz vezeltype samenstelling, vezel dwarsdoorsnede gebied en capillair dichtheid). Een alternatieve methode voor het beoordelen van spier-aërobe capaciteit zou zijn om magnetische resonantie spectroscopie te gebruiken om de snelheid van creatine fosfaat resynthese na oefeningsgeïnduceerde uitputting 4 te meten. Deze methode geeft een schatting van de in vivo spier aërobe capaciteitY maar kan niet onderscheiden tussen mitochondriale dysfunctie en circulatoire stoornissen. Bovendien beperken de hoge kosten van apparatuur het gebruik van deze techniek in de meeste laboratoria. Aërobe capaciteit (VO 2max en mitochondriale dichtheid) kan worden verbeterd door uithoudingsvermogen in zowel jonge als oude mensen 5 , 6 . Het effect van weerstandstraining op deze parameters is echter minder onderzocht, vooral bij ouderen, en de resultaten zijn tegenstrijdig 7 , 8 , 9 , 10 .
Type 2 diabetes is een wijdverspreide ziekte bij de oudere bevolking. Fysieke inactiviteit en obesitas zijn belangrijke levensstijlgerelateerde factoren die de verhoogde incidentie van type 2 diabetes verklaren. Lage intensiteit aërobe oefening wordt vaak aanbevolen voor personen met een verminderde glucosetolerantie. Het is echter niet zoLear hoe krachttraining bij ouderen invloed heeft op glucosetolerantie / insuline gevoeligheid 11 , 12 . De nauwkeurigste manier om de gevoeligheid van de insuline te meten, is de glucoseklemmethode te gebruiken, waarbij de bloedglucose constant wordt gehandhaafd door glucose-infusie onder omstandigheden van verhoogde insuline 13 . De nadelen bij deze techniek zijn dat het tijdrovend en invasieve (arteriële catheterisatie) is en speciale laboratoriumvoorzieningen vereist. In deze studie is de mondelinge glucosetolerantietest, die gebruikelijk is in de gezondheidszorg eenheden gebruikt. Deze methode is geschikt wanneer meerdere onderwerpen voor een beperkte tijd onderzocht worden.
De test en tijdlijn van de experimentele procedure kunnen als volgt worden samengevat. Gebruik drie aparte dagen voor het testen voor en na een periode van acht weken, met dezelfde regeling en benaderende tijdschema's (≥24 uur tussen elke dag < Sterk> Figuur 1). Op de eerste testdag, meet: antropometrische gegevens, zoals hoogte, lichaamsgewicht, vetvrije massa (FFM) en omtrek van het bovenbeen ( dwz 15 cm boven de apex patellae in een ontspannen rustige positie); Submaximale cyclische vermogen; En knie spierkracht, zoals beschreven in stappen 4 en 5. Neem een spierbiopsie van de dij op de tweede testdag. Voor verdere beschrijvingen, zie stap 6.1. Test de orale glucosetolerantie (OGTT) op de laatste testdag. Voor verdere beschrijvingen, zie stap 7.1. Vraag alle deelnemers aan om krachtige lichamelijke activiteit gedurende 24 uur te vermijden en om de nacht voor elke testdag te fasten. Vraag hen echter om 48 uur voor de OGTT testdag vermoeid lichamelijke activiteit te vermijden. Vraag ze hun normale dagelijkse lichamelijke activiteit en dieetgewoonten te volgen. Merk op dat voor- en na-interventie, beide groepen 'zelf-gerapporteerde voedselinname en soort voedsel ongewijzigd waren.
Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Figuur 1: Experimenteel protocol. Schematisch diagram. De timing tussen de drie pre- en post-tests was vergelijkbaar voor elk vak en was minstens 24 uur. Meer informatie vindt u in de tekst. Dit cijfer is gewijzigd van Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sporten . 2016: 26, 764-73. 28 Klik hier om een grotere versie van deze figuur te zien.
Deze studie heeft geprobeerd het effect van korte termijn weerstand training bij ouderen op het spieroxidatieve vermogen en glucosetolerantie te onderzoeken. Het tweede doel was om het effect op kracht, kracht en spierkwitatieve verbeteringen te onderzoeken (dat wil zeggen eiwitten die betrokken zijn bij celsignaal- en spiervezelsamenstelling).
Protocol
Representative Results
Discussion
In deze studie zijn een aantal technieken gebruikt om de effecten van korte termijn progressieve weerstandstraining op oudere personen 'spierfunctie / morfologie, aërobe capaciteit en glucosetolerantie te onderzoeken. De belangrijkste bevinding was dat in vergelijking met een controlegroep veel verbeteringen plaatsvonden in spier-aërobe capaciteit, glucosetolerantie, sterkte, kracht en spierkwaliteit (dat wil zeggen eiwit betrokken bij celsignaal- en spiervezelsamenstelling). Een toename werd bijvoorbeeld…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs zijn dankbaar aan Andrée Nienkerk, Dennis Peyron en Sebastian Skjöld voor het begeleiden van de trainingen en diverse tests; Aan de deelnemende deelnemers; Tim Crosfield voor taalherziening; En naar de economische steun van de Zweedse School van Sport en Gezondheidswetenschappen.
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).
