שיפור כוח, כוח, יכולת שריר אירובי, סובלנות גלוקוז באמצעות אימון לטווח קצר כוח מתמשך בקרב אנשים קשישים
Summary
ההשפעה של אימון התנגדות לטווח קצר על קשישים נחקרה באמצעות שימוש בו זמנית של מספר שיטות. בהשוואה לקבוצת ביקורת, נמצאו שיפורים רבים, כולל על יכולת השריר האירובי, סובלנות גלוקוז, כוח, כוח ואיכות שרירים ( כלומר, חלבון המעורב בתא איתותים והרכב סיבי שריר).
Abstract
פרוטוקול זה מתאר את השימוש בו זמנית של טווח רחב של שיטות לבחון יכולת שריר אירובית, סובלנות גלוקוז, כוח, כוח אצל אנשים מבוגרים ביצוע אימון התנגדות לטווח קצר (RET). אימון פרוגרסיבי לפיקוח במשך שעה 1 שלוש פעמים בשבוע במשך 8 שבועות בוצע על ידי משתתפי RET (71 ± 1 שנים, טווח 65-80). בהשוואה לקבוצת ביקורת ללא הכשרה, הראה ה- RET שיפורים על האמצעים המשמשים להצביע על חוזק, כוח, סובלנות גלוקוז, וכמה פרמטרים של יכולת השריר האירובי. אימון כוח נערך בחדר כושר עם ציוד כושר רק. דינמומטר isokinetic עבור כוח extensor הברך מותר מדידה של כוח קונצנטריים, אקסצנטרי, סטטי, אשר גדל עבור קבוצת RET (8-12% שלאחר לעומת הבדיקה מראש). כוח (קצב התפתחות כוח, RFD) ב 0-30 ms הראשונית גם הראה עלייה בקבוצת RET (52%). בדיקת סובלנות עם גלוקוזמדדי גלוקוז בדם הראו שיפור רק בקבוצת ה- RET במונחים של ערכי גלוקוז בדם לאחר 2 שעות (14%) והאזור מתחת לעקומה (21%). גם פרופיל השומנים בדם השתפר (8%). מ דגימות ביופסיה שריר שהוכנו באמצעות היסטוכימיה, כמות הסיבים סוג IIa גדל, מגמה לקראת ירידה IIx בקבוצה RET שיקף שינוי פרופיל חמצוני יותר במונחים של הרכב סיבים. כתם מערבי (כדי לקבוע את תכולת החלבון הקשורה לסיגנלים לחלבון שריר) הראה עלייה של 69% ב- Akt ו- mTOR בקבוצת ה- RET; זה הראה גם עלייה של חלבונים המיטוכונדריה עבור II OXPHOS מורכב סינתז ציטראט (גם ~ 30%) והן עבור מורכבות IV (90%), רק בקבוצה RET. אנו מראים כי סוג זה של אימון התנגדות מתקדמת מציע שיפורים שונים ( למשל, כוח, כוח, יכולת אירובית, סובלנות גלוקוז, פרופיל פלסמה השומנים).
Introduction
הזדקנות קשורה לאובדן מסת שריר (סרקופניה), כוח ועוצמה. כוח מופחת, וככל הנראה אפילו חשוב יותר, כוח, תוצאות חוסר תנועה, סיכון מוגבר לפציעה, איכות חיים מופחתת. אימון ההתנגדות היא אסטרטגיה ידועה לנטרל סרקופניה והידרדרות בתפקוד השרירים. הערכה גסה של כוח השרירים ניתן לקבל מן העומס או מספר חזרות שהושגו. עם זאת, מחקר זה השיג מידע מפורט ומדויק יותר על תפקוד השרירים באמצעות דינמומטר isokinetic לאסוף מידע על מומנט במהלך התכווצות איזומטרי, קונצנטריים אקסצנטרי, כמו גם על קינטיקה של פיתוח כוח.
קיבולת אירובית, הן ברמת הגוף כולו (VO 2max ) ובשרירי השלד, מופחת אצל קשישים. הירידה בקצב הלב עם הגיל מסבירה חלק גדול מהירידה ב- VO 2max 1 , אך מופחתתיכולת חמצון קלי, קשור במידה רבה לפעילות גופנית מופחתת 2 , האם לתרום. תפקוד המיטוכונדריה פגום עשוי להיות מעורב גם בפיתוח של סרקופניה ועמידות לאינסולין 3 . יכולת השרירים האירובית הוערכה בביופסיות שרירים באמצעות ניתוחים ביוכימיים של תכולת האנזימים המיטוכונדריאליים ומרכיבי החלבון הנמצאים שניהם במטריצה ( כלומר סינתזה ציטראטית) והמיטוכונדריה הפנימית. בנוסף, טכניקות היסטוכימיות שימשו למדוד את ההשפעה של אימון התנגדות על מורפולוגיה שריר ( כלומר, הרכב סוג סיבים, סיבים חתך שטח, וצפיפות נימי). שיטה חלופית להעריך יכולת שריר אירובי יהיה להשתמש ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית כדי למדוד את שיעור רזינתזה קריאטין פוספט לאחר מימוש דלדול 4 . שיטה זו מספקת הערכה של קיבולת vivo שריר אירוביY אבל לא יכול להפלות בין תפקוד המיטוכונדריאלי והפרעות במחזור הדם. יתר על כן, עלויות גבוהות של ציוד להגביל את השימוש בטכניקה זו ברוב המעבדות. יכולת אירובית (VO 2max ו צפיפות המיטוכונדריה) ניתן לשפר על ידי תרגיל סיבולת אצל אנשים צעירים וזקנים 5 , 6 . עם זאת, ההשפעה של אימון התנגדות על פרמטרים אלה נחקר פחות, במיוחד בנושאים קשישים, והתוצאות הן סותרות 7 , 8 , 9 , 10 .
סוכרת מסוג 2 היא מחלה נפוצה בקרב האוכלוסייה המבוגרת. חוסר פעילות גופנית והשמנת יתר הם גורמים מרכזיים הקשורים לסגנון חיים המסבירים את שכיחות מוגברת של סוכרת מסוג 2. תרגיל אירובי בעצימות נמוכה מומלץ לעיתים קרובות לנושאים עם סובלנות גלוקוז מופחתת. עם זאת, הוא אינולומד כיצד כוח אימונים קשישים משפיע על סובלנות גלוקוז / רגישות לאינסולין 11 , 12 . הדרך המדויקת ביותר למדוד את הרגישות לאינסולין היא להשתמש בטכניקת הסוכר של הגלוקוז, שבה רמת הגלוקוז בדם נשמרת קבועה באמצעות עירוי גלוקוז במהלך תנאי אינסולין מוגבר 13 . החסרונות בטכניקה זו הם שזה זמן רב פולשני (צנתור עורקי) ודורש מתקני מעבדה מיוחדים. במחקר זה, נעשה שימוש בבדיקת הסבולת של גלוקוז אוראלי, הנפוצה ביחידות הבריאות. שיטה זו מתאימה כאשר יש לחקור מספר נושאים במשך פרק זמן מוגבל.
הבדיקה ואת ציר הזמן של ההליך הניסוי ניתן לסכם כדלקמן. השתמש שלושה ימים נפרדים לבדיקה לפני ואחרי תקופה של שמונה שבועות, עם אותו הסדר לוחות זמנים זמן משוער (≥ 24 שעות בין כל יום, < חזקה> איור 1). ביום הבדיקה הראשון, יש למדוד את הנתונים האנתרופומטיים, כגון גובה, מסת גוף, מסת שומן נטולת שומן (FFM) והיקף רגל עליון ( כלומר 15 ס"מ מעל הפטלים הקדמיים במצב שכיבה רגוע); יכולת רכיבה על אופניים תת-מימית; ואת כוח שריר הברך, כמתואר בשלבים 4 ו 5. קח ביופסיה שריר מן הירך ביום הבדיקה השני. לתיאורים נוספים, ראה שלב 6.1. בדיקת סובלנות גלוקוז אוראלי (OGTT) ביום הבדיקה האחרון. לתיאורים נוספים, ראה שלב 7.1. בקשו מכל המשתתפים להימנע מפעילות גופנית נמרצת למשך 24 שעות ולמהירות לילה לפני כל יום בדיקה. עם זאת, לבקש מהם להימנע פעילות גופנית מאומצת במשך 48 שעות לפני יום הבדיקה OGTT. שאל אותם לעקוב אחר הפעילות הגופנית הרגילה שלהם הרגלי דיאטה. שים לב כי לפני ואחרי התערבות, הן דיווח עצמי של קבוצות מזון הכנסה וסוג מזונות היו ללא שינוי.
Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
איור 1: פרוטוקול הניסוי. תרשים סכמטי. העיתוי בין שלוש בדיקות קדם-פוסטיות היה דומה לכל נושא והיה לפחות 24 שעות. פרטים נוספים מופיעים בטקסט. נתון זה שונה מ- Frank et al. Scand. י. Sci. ספורט . 2016: 26, 764-73. 28 אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
מחקר זה ביקש לחקור את ההשפעה של אימון התנגדות לטווח קצר אצל קשישים על יכולת חמצון שריר סובלנות גלוקוז. המטרה השנייה הייתה לבחון את ההשפעה על כוח, כוח, שיפורים איכותיים שרירים ( כלומר, חלבונים המעורבים איתות תא הרכב סיבי שריר סוג).
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, מספר טכניקות שימשו כדי לחקור את ההשפעות של אימון התנגדות מתקדמת לטווח קצר על תפקוד השרירים / מורפולוגיה של אנשים קשישים, יכולת אירובית וסובלנות לגלוקוז. הממצא העיקרי היה, כי בהשוואה לקבוצת ביקורת, שיפורים רבים התרחשו יכולת השריר האירובי, סובלנות גלוקוז, כוח,…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים לאנדרי נינקרק, דניס פיירון, וסבסטיאן סקולד לפיקוח על ההדרכות ומספר מבחנים; לנושאים המשתתפים; כדי טים קרוספילד עבור תיקון שפה; ולתמיכה הכלכלית של בית הספר השוודי למדעי ספורט ובריאות.
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).
