Migliorare la forza, il potere, la capacità aerobica muscolare e la tolleranza al glucosio attraverso la formazione a breve termine di resistenza progressiva tra le persone anziane
Summary
L'effetto della formazione di resistenza a breve termine su persone anziane è stato studiato attraverso l'utilizzo simultaneo di diversi metodi. Rispetto ad un gruppo di controllo, sono stati osservati molti miglioramenti, tra cui la capacità aerobica muscolare, la tolleranza al glucosio, la forza, la potenza e la qualità muscolare ( cioè le proteine coinvolte nella segnalazione delle cellule e nella composizione del tipo di fibra muscolare).
Abstract
Questo protocollo descrive l'uso contemporaneo di un ampio spettro di metodi per esaminare la capacità aerobica muscolare, la tolleranza al glucosio, la forza e il potere nelle persone anziane che eseguono una formazione a resistenza a breve termine (RET). La formazione di resistenza progressiva supervisionata per 1 h tre volte alla settimana su 8 settimane è stata eseguita da partecipanti RET (71 ± 1 anni, range 65-80). Rispetto ad un gruppo di controllo senza formazione, il RET ha mostrato miglioramenti sulle misure utilizzate per indicare la resistenza, la potenza, la tolleranza al glucosio e diversi parametri della capacità aerobica muscolare. La formazione di resistenza è stata eseguita in una palestra con solamente robuste attrezzature fitness. Un dinamometro isocinetico per la resistenza all'estensore del ginocchio ha permesso di misurare la concentricità, l'eccentricità e la resistenza statica, aumentata per il gruppo RET (8-12% dopo-prova). Il potere (velocità di sviluppo della forza, RFD) al 0-30 ms iniziali ha anche mostrato un aumento per il gruppo RET (52%). Una prova di tolleranza al glucosio con frequeLa misurazione del glucosio nel sangue ha mostrato miglioramenti solo per il gruppo RET in termini di valori di glucosio nel sangue dopo 2 h (14%) e l'area sotto la curva (21%). Anche il profilo lipidico del sangue è migliorato (8%). Dai campioni di biopsia muscolare preparati utilizzando istochemia, la quantità di fibra IIa aumentata e una tendenza verso una diminuzione di IIx nel gruppo RET rifletteva una variazione a un profilo più ossidativo in termini di composizione della fibra. Western blot (per determinare il contenuto proteico relativo alla segnalazione per la sintesi proteica muscolare) ha mostrato un aumento del 69% in sia Akt che mTOR nel gruppo RET; Questo ha anche mostrato un aumento delle proteine mitocondriali per il complesso OXPHOS II e la citrato sintetico (entrambi al 30%) e per il complesso IV (90%), solo nel gruppo RET. Ci dimostriamo che questo tipo di formazione di resistenza progressiva offre diversi miglioramenti ( ad esempio, forza, potenza, capacità aerobica, tolleranza al glucosio e profilo lipidico al plasma).
Introduction
L'invecchiamento è associato ad una perdita di massa muscolare (sarcopenia), forza e potenza. La resistenza ridotta, e probabilmente ancor più importante, provoca l'immobilità, un aumento del rischio di lesioni e una minore qualità di vita. La formazione della resistenza è una strategia ben nota per contrastare la sarcopenia e la deteriorazione della funzione muscolare. Una stima della resistenza muscolare può essere ottenuta dal carico o dal numero di ripetizioni raggiunte. Tuttavia, questo studio ha ottenuto informazioni più dettagliate e precise sulla funzione muscolare usando un dinamometro isokinetico per raccogliere informazioni sulla coppia durante la contrazione isometrica, concentrica ed eccentrica, nonché sulla cinetica dello sviluppo della forza.
La capacità aerobica, sia a livello del corpo intero (VO 2max ) che nel muscolo scheletrico, è ridotta nelle persone anziane. La diminuzione della frequenza cardiaca con l'età spiega una gran parte della diminuzione di VO 2max 1 , ma diminuisce il musLa capacità ossidativa, in larga misura correlata all'attività fisica ridotta 2 , contribuisce. La funzione mitocondriale compromessa può anche essere coinvolta nello sviluppo della sarcopenia e della resistenza all'insulina 3 . La capacità aerobica muscolare è stata valutata in biopsie muscolari attraverso analisi biochimiche del contenuto di enzimi mitocondriali e complessi proteici situati sia nella matrice ( cioè nella citra sintetica) sia nella membrana mitocondriale interna. Inoltre, sono state utilizzate tecniche istochemiche per misurare l'effetto della formazione di resistenza sulla morfologia muscolare ( cioè composizione di fibra, sezione trasversale in fibra e densità capillare). Un metodo alternativo per valutare la capacità aerobica muscolare sarebbe quello di utilizzare spettroscopia a risonanza magnetica per misurare la velocità della resintensione di fosfato di creatina dopo l'esaurimento indotto dall'esercizio 4 . Questo metodo fornisce una stima della capacità aerobica muscolare in vivoMa non può discriminare tra disfunzione mitocondriale e disturbi circolatori. Inoltre, i costi elevati dell'apparecchiatura limitano l'uso di questa tecnica nella maggior parte dei laboratori. La capacità aerobica (VO 2max e densità mitocondriale) può essere migliorata con esercizio di resistenza sia nei giovani che negli anziani 5 , 6 . Tuttavia, l'effetto della formazione di resistenza su questi parametri è stato meno studiato, soprattutto nei soggetti anziani e i risultati sono in conflitto tra 7 , 8 , 9 , 10 .
Il diabete di tipo 2 è una malattia diffusa nella popolazione anziana. L'inattività fisica e l'obesità sono fattori importanti di stile di vita che spiegano l'aumento dell'incidenza del diabete di tipo 2. L'esercizio aerobico a bassa intensità è spesso consigliato a soggetti con ridotta tolleranza al glucosio. Tuttavia, è uncCome l'addestramento della forza negli anziani influenza la tolleranza al glucosio / sensibilità all'insulina 11 , 12 . Il modo più preciso per misurare la sensibilità all'insulina è quello di utilizzare la tecnica del mastice di glucosio, in cui il glucosio nel sangue è mantenuto costante mediante l'infusione di glucosio in condizioni di elevata insulina 13 . Gli svantaggi con questa tecnica sono che richiedono tempi e invasivi (cateterizzazione arteriosa) e richiedono speciali strutture di laboratorio. In questo studio è stato utilizzato il test orale di tolleranza al glucosio, che è comune nelle unità sanitarie. Questo metodo è adatto quando diversi soggetti devono essere studiati per un periodo di tempo limitato.
Il test e la sequenza temporale della procedura sperimentale possono essere riassunti come segue. Utilizzare tre giorni separati per il test prima e dopo un periodo di otto settimane, con la stessa disposizione e pianificazioni di tempo approssimative (≥24 ore tra ogni giorno, < Forte> Figura 1). Al primo giorno di prova, misurare: dati antropometrici, come ad esempio l'altezza, la massa corporea, la massa senza grassi (FFM) e la circonferenza della gamba superiore ( cioè 15 cm sopra le patelle apice in posizione supina rilassata); Capacità ciclo submaximale; E la forza muscolare del ginocchio, come descritto nei passaggi 4 e 5. Prenda una biopsia muscolare dalla coscia alla seconda prova giornata. Per ulteriori descrizioni, vedere la fase 6.1. Testate la tolleranza orale di glucosio (OGTT) nell'ultimo giorno di prova. Per ulteriori descrizioni, vedere la fase 7.1. Chiedere a tutti i partecipanti di evitare attività fisiche vigorose per 24 ore e di veloci durante la notte prima di ogni giorno di prova. Tuttavia, chiedere loro di evitare attività fisica carente per 48 ore prima della giornata di prova OGTT. Chiedi loro di seguire la loro normale attività fisica quotidiana e le abitudini alimentari. Si noti che l'intervento pre-e post-intervento, l'assunzione di cibo e il tipo di alimenti da parte di entrambi i gruppi erano invariati.
Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55518 / 55518fig1.jpg "/>
Figura 1: Protocollo sperimentale. Diagramma schematico. Il tempo tra i tre pre- e post-test è stato simile per ogni soggetto ed è stato di almeno 24 ore. Ulteriori dettagli sono riportati nel testo. Questa cifra è stata modificata da Frank et al. Scand. J. Med. Sci. Sport . 2016: 26, 764-73. 28 Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Questo studio ha cercato di indagare l'effetto della formazione di resistenza a breve termine nelle persone anziane sulla capacità ossidativa del muscolo e sulla tolleranza al glucosio. Il secondo obiettivo era quello di esaminare l'effetto sulla forza, sul potere e sui miglioramenti qualitativi muscolari ( cioè le proteine coinvolte nella segnalazione cellulare e nella composizione del tipo di fibra muscolare).
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio sono state utilizzate numerose tecniche per studiare gli effetti della formazione a resistenza progressiva a breve termine sulla funzione muscolare / morfologica dei soggetti anziani, capacità aerobica e tolleranza al glucosio. Il risultato principale è stato che, rispetto ad un gruppo di controllo, si sono verificati molti miglioramenti nella capacità aerobica muscolare, nella tolleranza al glucosio, nella forza, nella potenza e nella qualità muscolare ( cioè nella proteina coinvolta nell…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori sono grati a Andrée Nienkerk, Dennis Peyron e Sebastian Skjöld per la supervisione delle sessioni di formazione e di numerosi test; Ai soggetti partecipanti; A Tim Crosfield per la revisione linguistica; E al sostegno economico della Scuola svedese di sport e salute.
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 |
Riferimenti
- 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).
