Forbedre styrke, kraft, muskel aerob kapasitet og glukosetoleranse gjennom kortvarig progressiv styrketrening blant eldre mennesker
Summary
Effekten av kortsiktig motstandstrening hos eldre ble undersøkt ved samtidig bruk av flere metoder. Sammenlignet med en kontrollgruppe, ble det sett mange forbedringer, inkludert muskel-aerob kapasitet, glukosetoleranse, styrke, kraft og muskelkvalitet ( dvs. protein involvert i celle-signalering og sammensetning av muskelfibre).
Abstract
Denne protokollen beskriver samtidig bruk av et bredt spekter av metoder for å undersøke muskel aerob kapasitet, glukosetoleranse, styrke og kraft hos eldre som utfører kortsiktig motstandstrening (RET). Overvåket progressiv motstandsopplæring i 1 time tre ganger i uken i 8 uker ble utført av RET-deltakere (71 ± 1 år, intervall 65-80). Sammenliknet med en kontrollgruppe uten trening viste RET forbedringer på tiltakene som ble brukt for å indikere styrke, kraft, glukosetoleranse og flere parametere av muskel-aerob kapasitet. Styrketrening ble utført i et treningsstudio med kun robust treningsutstyr. Et isokinetisk dynamometer for kneledningsstyrke tillot måling av konsentrisk, eksentrisk og statisk styrke, noe som økte for RET-gruppen (8-12% etter versus forprøve). Kraften (frekvensen av kraftutvikling, RFD) ved den første 0-30 ms viste også en økning for RET-gruppen (52%). En glukosetoleranse test med frittNt blodglukosemålinger viste forbedringer bare for RET-gruppen når det gjelder blodglukoseverdier etter 2 timer (14%) og arealet under kurven (21%). Blodlipidprofilen ble også forbedret (8%). Fra muskelbiopsiprøver fremstilt ved hjelp av histokjemi økte mengden fiber type IIa, og en trend mot en reduksjon i IIx i RET-gruppen reflekterte en endring til en mer oksidativ profil i form av fibersammensetning. Western blot (for å bestemme proteininnholdet knyttet til signalering for muskelproteinsyntese) viste en økning på 69% i både Akt og mTOR i RET-gruppen; Dette viste også en økning i mitokondriale proteiner for OXPHOS-kompleks II og citratsyntase (begge ~ 30%) og for komplekse IV (90%), i bare RET-gruppen. Vi demonstrerer at denne typen progressiv motstandstrening gir forskjellige forbedringer ( f.eks. Styrke, kraft, aerob kapasitet, glukosetoleranse og plasma lipidprofil).
Introduction
Aldring er forbundet med tap av muskelmasse (sarkopi), styrke og kraft. Redusert styrke, og nok enda viktigere, strøm, resulterer i ustabilitet, økt risiko for skade og redusert livskvalitet. Motstandstrening er en kjent strategi for å motvirke sarkopati og forverring av muskelfunksjonen. Et grovt anslag på muskelstyrken kan oppnås ved belastning eller antall oppnådde gjentakelser. Denne studien fikk imidlertid mer detaljert og nøyaktig informasjon om muskelfunksjonen ved å bruke et isokinetisk dynamometer for å samle informasjon om dreiemomentet under isometrisk, konsentrisk og eksentrisk sammentrekning, samt på kinetikken av kraftutvikling.
Aerob kapasitet, både på hele kroppsnivå (VO 2max ) og i skjelettmuskelen, reduseres hos eldre. Nedgangen i hjertefrekvensen med alder forklarer en stor del av nedgangen i VO 2max 1 , men redusert musRen oksidativ kapasitet, i stor grad relatert til redusert fysisk aktivitet 2 , bidrar. Forringet mitokondriell funksjon kan også være involvert i utviklingen av sarkopi og insulinresistens 3 . Muskel aerob kapasitet ble vurdert i muskelbiopsier gjennom biokjemiske analyser av innholdet i mitokondrie enzymer og proteinkomplekser lokalisert både i matrisen ( dvs. citratsyntase) og den indre mitokondriamembranen. I tillegg ble histokemiske teknikker brukt til å måle effekten av motstandstrening på muskelmorfologi ( dvs. fibertype-sammensetning, fiber-tverrsnittsareal og kapillær tetthet). En alternativ metode for å vurdere muskel-aerob kapasitet ville være å bruke magnetisk resonansspektroskopi for å måle hastigheten av kreatinfosfatresyntese etter treningsinducert utmattelse 4 . Denne metoden gir et estimat av in vivo muskel aerob kapasitY, men kan ikke diskriminere mellom mitokondriell dysfunksjon og sirkulasjonsforstyrrelser. Videre begrenser de høye kostnadene ved utstyr bruken av denne teknikken i de fleste laboratorier. Aerob kapasitet (VO 2max og mitokondriell tetthet) kan forbedres ved utholdenhetstrening hos både unge og gamle 5 , 6 . Effekten av motstandstrening på disse parametrene har imidlertid blitt undersøkt mindre, særlig hos eldre personer, og resultatene er motstridende 7 , 8 , 9 , 10 .
Type 2 diabetes er en utbredt sykdom hos eldre. Fysisk inaktivitet og fedme er viktige livsstilsrelaterte faktorer som forklarer den økte forekomsten av type 2 diabetes. Lav intensitet aerob trening anbefales ofte til personer med nedsatt glukosetoleranse. Det er imidlertid ukjentLær hvordan styrketrening hos eldre påvirker glukosetoleranse / insulinfølsomhet 11 , 12 . Den mest nøyaktige måten å måle insulinfølsomhet på, er å bruke glukoseklemmeteknikken, hvor blodsukkeret holdes konstant ved glukoseinfusjon under forhold med forhøyet insulin 13 . Ulempene ved denne teknikken er at det er tidkrevende og invasiv (arteriell kateterisering) og krever spesielle laboratoriefasiliteter. I denne studien ble den muntlige glukosetoleranse testen, som er vanlig i helsevesenene, brukt. Denne metoden er egnet når flere fag skal undersøkes i en begrenset periode.
Testingen og tidslinjen for forsøksprosedyren kan oppsummeres som følger. Bruk tre separate dager for testing før og etter en periode på åtte uker, med samme arrangement og omtrentlige tidsplaner (≥24 timer mellom hver dag < Sterk> Figur 1). På den første testdagen måles: antropometriske data, som høyde, kroppsmasse, fettfri masse (FFM) og øvre benomkrets ( dvs. 15 cm over apex-patellaen i en avslappet liggende stilling); Submaximal sykling evne; Og knemuskelstyrke, som beskrevet i trinn 4 og 5. Ta en muskelbiopsi fra låret på den andre testdagen. For ytterligere beskrivelser, se trinn 6.1. Test oral glukosetoleranse (OGTT) på den siste testdagen. For ytterligere beskrivelser, se trinn 7.1. Be alle deltakerne å unngå kraftig fysisk aktivitet i 24 timer og å raske over natten før hver testdag. Be dem imidlertid å unngå anstrengende fysisk aktivitet i 48 timer før OGTT test dagen. Be dem om å følge sin normale hverdagens fysiske aktivitet og kosthold. Merk at pre- og post-intervensjon, begge gruppers selvrapporterte matinntak og type mat var uendret.
Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Figur 1: Eksperimentell protokoll. Skjematisk diagram. Tidspunktet mellom de tre før- og etterprøver var lik for hvert fag og var minst 24 timer. Ytterligere detaljer er gitt i teksten. Denne figuren er blitt modifisert fra Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Denne studien forsøkte å undersøke effekten av kortsiktig motstandstrening hos eldre på muskeloksidativ kapasitet og glukosetoleranse. Det andre målet var å undersøke effekten på styrke, kraft og muskelkvalitativ forbedring ( dvs. proteiner involvert i cellesignal og sammensetning av muskelfibertyper).
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne studien har en rekke teknikker blitt brukt til å undersøke effekten av kortvarig progressiv resistens trening på eldre pasients muskelfunksjon / morfologi, aerob kapasitet og glukosetoleranse. Hovedfunnet var at i sammenligning med en kontrollgruppe, oppsto mange forbedringer i muskel aerob kapasitet, glukosetoleranse, styrke, kraft og muskelkvalitet ( dvs. protein involvert i cellesignal og muskelfiberkomposisjon). En økning ble for eksempel sett for: statisk, eksentrisk og konsentrisk maksimal kne…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne er takknemlige for Andrée Nienkerk, Dennis Peyron og Sebastian Skjöld for å veilede treningsøktene og flere tester; Til fagene som deltar Til Tim Crosfield for språkrevisjon; Og til økonomisk støtte fra Svensk Idrettshøgskole.
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).
