Улучшение силы, силы, мышечной аэробной способности и толерантности к глюкозе благодаря краткосрочной прогрессивной силовой тренировке среди пожилых людей
Summary
Эффект краткосрочной тренировки сопротивления для пожилых людей был исследован путем одновременного использования нескольких методов. По сравнению с контрольной группой наблюдалось много улучшений, в том числе по мышечной аэробной способности, толерантности к глюкозе, силе, мощности и качеству мышц ( т. Е. Белка, участвующего в клеточной передаче сигналов и составе типа мышечного волокна).
Abstract
Этот протокол описывает одновременное использование широкого диапазона методов для изучения мышечной аэробной способности, толерантности к глюкозе, силы и силы у пожилых людей, выполняющих краткосрочную тренировку сопротивления (RET). Наблюдаемое обучение прогрессивному сопротивлению в течение 1 часа три раза в неделю в течение 8 недель проводилось участниками RET (71 ± 1 год, диапазон 65-80). По сравнению с контрольной группой без обучения, RET продемонстрировал улучшения в отношении мер, используемых для указания силы, мощности, толерантности к глюкозе и нескольких параметров мышечной аэробной способности. Силовой тренинг проводился в тренажерном зале с исключительно надежным фитнес-оборудованием. Изокинетический динамометр для прочности разгибателя колена позволил измерить концентрационную, эксцентричную и статическую прочность, которые увеличились для группы RET (8-12% после теста). Мощность (скорость развития силы, RFD) в начальные 0-30 мс также показывала увеличение для группы RET (52%). Тест на толерантность к глюкозе с частотойNt измерения уровня глюкозы в крови показали улучшение только для группы RET с точки зрения значений глюкозы в крови через 2 часа (14%) и площадь под кривой (21%). Липидный профиль крови также улучшился (8%). Из образцов биопсии мышц, полученных с использованием гистохимии, количество волокна типа IIa увеличивалось, а тенденция к уменьшению IIx в группе RET отражала изменение до более окислительного профиля с точки зрения состава волокон. Вестерн-блот (для определения содержания белка, связанного с сигнализацией синтеза мышечного белка) показал увеличение на 69% как у Akt, так и mTOR в группе RET; Это также показало увеличение митохондриальных белков для комплекса OXPHOS II и цитрат-синтазы (как ~ 30%), так и для комплекса IV (90%) только в группе RET. Мы демонстрируем, что этот тип прогрессивной тренировки сопротивления предлагает различные улучшения ( например, сила, сила, аэробная способность, толерантность к глюкозе и профиль липидов в плазме).
Introduction
Старение связано с потерей мышечной массы (саркопения), силой и силой. Сниженная сила и, возможно, еще более важно, сила, приводит к неподвижности, повышенному риску травмы и снижению качества жизни. Сопротивление – это хорошо известная стратегия противодействия саркопении и ухудшению мышечной функции. Грубая оценка мышечной силы может быть получена из нагрузки или количества достигнутых повторений. Однако в этом исследовании была получена более подробная и точная информация о функции мышц с использованием изокинетического динамометра для сбора информации о крутящем моменте при изометрическом, концентрическом и эксцентрическом сжатии, а также о кинетике развития силы.
Аэробная емкость, как на уровне всего тела (VO 2max ), так и в скелетных мышцах, снижается у пожилых людей. Снижение частоты сердечных сокращений с возрастом объясняет значительную часть снижения VO 2max 1 , но уменьшаетОкислительная способность, в основном связанная с уменьшенной физической активностью 2 , вносит свой вклад. Нарушенная митохондриальная функция может также участвовать в развитии саркопении и резистентности к инсулину 3 . Мышечная аэробная способность оценивалась в биопсиях мышц посредством биохимического анализа содержания митохондриальных ферментов и белковых комплексов, расположенных как в матрице ( например, цитратсинтазе), так и в внутренней мембране митохондрий. Кроме того, гистохимические методы были использованы для измерения влияния тренировки сопротивления на морфологию мышц ( т. Е. Состав типа волокна, площадь поперечного сечения волокна и плотность капилляров). Альтернативным методом оценки мышечной аэробной способности было бы использование магнитно-резонансной спектроскопии для измерения скорости ресинтеза креатинфосфата после истощения, вызванного упражнениями 4 . Этот метод обеспечивает оценку in vivo мышечной аэробной емкостиНо не могут различать дисфункцию митохондрий и нарушения кровообращения. Кроме того, высокие затраты на оборудование ограничивают использование этого метода в большинстве лабораторий. Аэробная емкость (VO 2max и плотность митохондрий) может быть улучшена благодаря выносливости у молодых и пожилых людей 5 , 6 . Однако эффект тренировки резистентности по этим параметрам был менее изучен, особенно у пожилых людей, и результаты противоречивы 7 , 8 , 9 , 10 .
Диабет типа 2 является распространенным заболеванием у пожилых людей. Физическая инертность и ожирение являются основными факторами, связанными с образом жизни, объясняющими увеличение заболеваемости диабетом типа 2. Аэробные упражнения с низкой интенсивностью часто рекомендуются пациентам с пониженной толерантностью к глюкозе. Однако это неКак силовые тренировки у пожилых людей влияют на толерантность к глюкозе / чувствительность к инсулину 11 , 12 . Самый точный способ измерения чувствительности к инсулину – использовать метод зажима глюкозы, где уровень глюкозы в крови поддерживается постоянным путем вливания глюкозы в условиях повышенного инсулина 13 . Недостатки этой методики заключаются в том, что она требует много времени и инвазивна (артериальная катетеризация) и требует специальных лабораторных установок. В этом исследовании использовался тест на толерантность к глюкозе, который является общим для медицинских единиц. Этот метод подходит, когда несколько предметов подлежат исследованию в течение ограниченного периода времени.
Тестирование и график экспериментальной процедуры можно резюмировать следующим образом. Используйте три отдельных дня для тестирования до и после восьминедельного периода с одинаковой компоновкой и приблизительными расписаниями (≥24 часа между днями, < Strong> Рисунок 1). В первый испытательный день измерьте: антропометрические данные, такие как высота, масса тела, масса без жира (FFM) и окружность верхней ноги ( т. Е. На 15 см выше верхушечной коленной чашечки в расслабленном положении на спине); Субмаксимальная цикличность; И силы коленного сустава, как описано в шагах 4 и 5. Возьмите биопсию мышц из бедра во второй день испытаний. Дальнейшие описания см. В пункте 6.1. Протестируйте огрузочную толерантность к глюкозе (OGTT) в последний день тестирования. Дальнейшие описания см. В п. 7.1. Попросите всех участников избегать энергичной физической активности в течение 24 часов и быстро переносить ночь перед каждым испытательным днем. Однако попросите их избегать интенсивной физической активности в течение 48 часов до дня тестирования OGTT. Попросите их следовать их обычной повседневной физической активности и привычкам к диете. Обратите внимание, что до и после вмешательства, обе группы, принимающие участие в группах, и виды продуктов питания не изменились.
Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Рисунок 1: Экспериментальный протокол. Принципиальная схема. Время между тремя предварительными и пост-тестами было одинаковым для каждого субъекта и составляло не менее 24 часов. Более подробная информация приведена в тексте. Эта цифра была изменена от Frank et al. Сканд. J. Med. Sci. Спорт . 2016: 26, 764-73. 28 Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Это исследование предназначалось для исследования влияния краткосрочной тренировки резистентности у пожилых людей на мышечную окислительную способность и толерантность к глюкозе. Вторая цель состояла в том, чтобы изучить влияние на качественные улучшения силы, мощности и мышц ( т. Е. Белки, участвующие в клеточной передаче сигналов и составе типа мышечного волокна).
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании был использован ряд методов для исследования эффектов краткосрочной прогрессивной тренировки по мышечной функции / морфологии пожилых людей, аэробной способности и толерантности к глюкозе. Основной вывод заключался в том, что по сравнению с контрольной группой бы…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы выражают благодарность Андре Нинкерку, Деннису Пейрону и Себастиану Скельду за контроль за учебными занятиями и несколькими тестами; Участвующим субъектам; Тиму Кроссфилду для пересмотра языка; И экономической поддержке Шведской школы спорта и наук о здоровье.
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).
