Realización de ejercicio máximo y submáximo resistencia pruebas para medir las respuestas fisiológicas y biológicas al ejercicio agudo en seres humanos
Summary
Para evaluar la influencia de la intensidad del ejercicio sobre las respuestas fisiológicas y biológicas, se utilizaron dos protocolos de pruebas de ejercicio diferente. Se describen métodos que prueba en un ciclo ergómetro como una prueba de consumo de oxígeno máximo incremental y la resistencia del ejercicio, prueba de resistencia submáxima de estado estacionario.
Abstract
Actividad física regular tiene un efecto positivo sobre la salud humana, pero todavía no están claros los mecanismos que controlan estos efectos. Las respuestas biológicas y fisiológicas al ejercicio agudo predominante están influenciadas por la duración e intensidad del régimen de ejercicio. Como ejercicio es cada vez más considerado como un tratamiento terapéutico o la herramienta de diagnóstico, es importante utilizar metodologías estandarizables para comprender la variabilidad y aumentar la reproducibilidad de los resultados del ejercicio y las medidas de respuestas a tales regímenes. Para ello, Describimos dos bicicleta ejercicio regímenes diferentes que producen resultados fisiológicos diferentes. En una prueba de ejercicio máximo, intensidad del ejercicio se incrementa continuamente con una mayor carga de trabajo dando por resultado una respuesta cardiopulmonar y metabólica creciente (frecuencia cardíaca, volumen sistólico, ventilación, consumo de oxígeno y producción de dióxido de carbono). En contraste, durante pruebas de ejercicio de resistencia, la demanda se incrementa desde en el resto, pero se eleva a una intensidad de ejercicio submáximo fijo que la respuesta cardiopulmonar y metabólica que por lo general mesetas. Junto con los protocolos, ofrecemos sugerencias sobre medición de resultados fisiológicos que incluyen, pero no se limitan a, frecuencia cardíaca, capacidad vital lenta y forzada, mediciones de intercambio de gas y la presión arterial para permitir la comparación de los resultados del ejercicio entre estudios. Hay entonces se puede degustar para evaluar las respuestas de expresión celular, proteína o gen. En general, este enfoque puede ser fácilmente adaptado en ambos efectos de corto y largo plazo de dos ejercicios distintos regímenes.
Introduction
Actividad física se define como cualquier movimiento corporal producido por los músculos esqueléticos que requieren gasto de energía1. El ejercicio es una actividad física que implica movimiento corporal repetitivo realizado para mejorar o mantener uno o más componentes de salud física2. Al mismo tiempo, actividad física no fue recomendada para los que estaban seriamente enfermos. Para las personas con cáncer, insuficiencia cardíaca, o incluso para aquellos que estaban embarazadas, reposo en cama fue preferido sobre actividad física. Práctica clínica ha cambiado drásticamente, como los beneficios del ejercicio sobre la salud en general se están convirtiendo en innegable3. El ejercicio regular ha demostrado ayudar a reducir el riesgo de enfermedad cardiovascular, mortalidad por todas las causas, el riesgo de cáncer y la hipertensión, mejorar el control de azúcar en la sangre, facilitar la pérdida de peso o mantenimiento y evitar el hueso y el músculo pérdida4,5 ,6,7,8.
Los beneficios del ejercicio ahora han llevado a muchos a utilizar el ejercicio como un tipo de “medicina” y una alternativa o complemento de la opción de tratamiento para una variedad de condiciones3. Shulman et al. demostrado que una combinación de ejercicio caminadora y resistencia podría resultar en mejoras en la velocidad de la marcha, la capacidad aeróbica y fuerza muscular que podría mejorar el control motor y calidad de vida en pacientes con enfermedad de Parkinson9 . En pacientes con insuficiencia cardíaca, intolerancia del ejercicio y las intervenciones inadecuadas contribuyen a una pobre calidad de vida10. Resultados iniciales de pacientes con insuficiencia cardíaca sometidos a entrenamiento en la HF-ACTION prueba demostrada mejora de calidad de vida y reducción de hospitalizaciones y mortalidad11. Además, la aplicación del ejercicio a los efectos cardiotóxicos de la quimioterapia con antraciclina (p. ej., doxorrubicina) ha demostrado independientemente de Cuándo se inicie con respecto a la quimioterapia de pacientes Administración (antes, durante o después), el ejercicio puede proporcionar efectos beneficiosos tales como reducir el declive en la capacidad aeróbica, atenuar la disfunción ventricular izquierda y reduce oxidative daños12.
Los beneficios del ejercicio en la salud y el bienestar no son sólo en su aplicación como un tratamiento de medicina, sino también como una herramienta de diagnóstico. Prueba de esfuerzo, por ejemplo, sirve para diagnosticar la intolerancia del ejercicio, isquemia en el corazón, o de entender la causa de la brevedad de la respiración13. Tal vez lo más importante, prueba de esfuerzo puede ser utilizada para identificar la disfunción subclínica. El cuerpo humano es en la mayoría de las situaciones “edificara”, tal que la disfunción o Fisiopatología puede a menudo permanecen ocultos y subclínica a una persona por meses o años. Esta observación podría explicar por qué condiciones tales como hipertensión arterial pulmonar o cáncer de páncreas en silencio pueden aumentar en severidad que cuando se notan los síntomas, estas condiciones tienden a ser muy avanzado y extremadamente difícil de tratar2 . En algunas de estas situaciones, la ergometría puede proporcionar un estímulo de estrés para el cuerpo que aumenta la demanda anterior que de la vida diaria y a veces puede identificar la disfunción (cardiaco, respiratorio, metabólico) que no fue considerada en reposo, ayudando a diagnosticar una enfermedad y comience el tratamiento anterior.
Para maximizar totalmente las posibilidades diagnósticas y terapéuticas del ejercicio, métodos estandarizados para cuantificar las respuestas a la actividad física se necesitan para evaluar con precisión las contribuciones del ejercicio para la salud en general inmune. Variaciones en la carga de trabajo, inclinación, duración, tipo de ejercicio y el momento de la recogida de muestras pueden todas las medidas de influencia de respuestas fisiológicas. Aquí, describimos métodos para ejercicios de resistencia máxima y submáxima reunir datos fisiológicos mientras recogía muestras de respuestas biológicas. Esta metodología fue utilizada para entender cómo agudo ejercicio afectada la distribución y frecuencia de poblaciones leucocitarias en periférico sangre14 por poblaciones de células inmunes en diferentes puntos del tiempo de medición antes y después del ejercicio por citometría de flujo con protocolos de flujo de 10 colores que permiten la cuantificación de todos los subconjuntos del leucocito principales al mismo tiempo15. El siguiente protocolo puede utilizarse como un método estandarizado para dos regímenes de ejercicios distintos para la medición de respuestas fisiológicas y biológicas para ejercer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hay grandes posibilidades de ejercicio para ser incorporado como una herramienta terapéutica de complemento/alternativa. De hecho, un cuerpo emergente de la evidencia sugiere que la actividad física promueve la buena salud. El uso del ejercicio como medicina o herramienta de diagnóstico requeriría la comprensión de la cantidad correcta o “dosis” de ejercicio para conseguir el efecto deseado. La dosis óptima de ejercicio debe ser estimada, como exceso de ejercicio puede ser perjudicial para la mejora de la salud. Co…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue financiado por el Departamento de medicina de laboratorio del clínica de Mayo y patología y otras fuentes internas.
Materials
| Metabolic cart/portable system | MCG Diagnostics | Mobile Ultima CPX System | The flow calibration syringe, and calibration gases should come with system. There are numerous possible options/alternatives. |
| Pulmonary function software (Breeze Suite) | MCG Diagnostics | Software used will depend on the metabolic system | |
| Upright cycle ergometer | Lode ergoline | 960900 | Numerous possible options/alternatives |
| 12-Lead ECG | GE Healthcare | CASE Exercise Testing System | Used for 12 lead ECG capture, control bike. Having a full 12-lead is ideal for maximal exercise test so can monitor for arhythmias, but alternative for just HR would be a wireless chest strap heart rate monitor |
| Pulse oximeter | Masimo | MAS-9500 | Usually multiple probe options: finger, forehead, ear lobe. Usually avoid finger as tight handlebar grip can cause measurement inaccuracies |
| Pneumotach (preVent Flow Sensor) | MCG Diagnostics | 758100-003 | Alternative systems can use a turbine |
| Nose piece (disposable) | MCG Diagnostics | 536007-001 | Numerous possible options/alternatives |
| Mouthpeice with saliva trap | MCG Diagnostics | 758301-001 | Suggest filling the saliva trap with paper towel/gauze and tape cap to limit dripping |
| Headband | Cardinal Health | 292866 | Used to secure the forehead pulse oximeter and the lines for the cart |
| Stethescope | 3M Littman | 3157SM | Numerous possible options/alternatives |
| Blood pressure cuff | HCS | HCS9005-7 | Cuff size will depend on the population planning to test |
| ECG Electrodes | Cardinal Health | M2570 | only needed with lead based ECG/HR monitoring |
| K2EDTA tube 5mL | Becton Dickinson | 368661 | |
| *The table provides a list of the supplies and equipment utilized in this protocol and comments related to the equipment. Brand name/company is provided, but the use of other brands will not affect the results, key is to keep it consistent throughout testing in a particular study. | |||
Riferimenti
- Caspersen, C. J., Powell, K. E., Christenson, G. M. Physical activity, exercise, and physical fitness: definitions and distinctions for health-related research. Public Health Reports. 100 (2), 126-131 (1985).
- Pedersen, B. K., Saltin, B. Exercise as medicine – evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scandinavian Journal Medicine & Science in Sports. 25, 1-72 (2015).
- Barlow, C. E., et al. Cardiorespiratory fitness is an independent predictor of hypertension incidence among initially normotensive healthy women. American Journal of Epidemiology. 163 (2), 142-150 (2006).
- Blair, S. N., et al. Changes in physical fitness and all-cause mortality. A prospective study of healthy and unhealthy. 273 (14), 1093-1098 (1995).
- Marson, E. C., Delevatti, R. S., Prado, A. K., Netto, N., Kruel, L. F. Effects of aerobic, resistance, and combined exercise training on insulin resistance markers in overweight or obese children and adolescents: A systematic review and meta-analysis. Preventive Medicine. 93, 211-218 (2016).
- Peel, J. B., et al. A prospective study of cardiorespiratory fitness and breast cancer mortality. Medicine and Science in Sports and Exercise. 41 (4), 742-748 (2009).
- Sui, X., et al. Cardiorespiratory fitness and adiposity as mortality predictors in older adults. JAMA. 298 (21), 2507-2516 (2007).
- Shulman, L. M., et al. Randomized clinical trial of 3 types of physical exercise for patients with Parkinson disease. JAMA Neurology. 70 (2), 183-190 (2013).
- Fleg, J. L., et al. Exercise training as therapy for heart failure: current status and future directions. Circulation. Heart Failure. 8 (1), 209-220 (2015).
- Flynn, K. E., et al. Effects of exercise training on health status in patients with chronic heart failure: HF-ACTION randomized controlled trial. JAMA. 301 (14), 1451-1459 (2009).
- Scott, J. M., et al. Modulation of anthracycline-induced cardiotoxicity by aerobic exercise in breast cancer: current evidence and underlying mechanisms. Circulation. 124 (5), 642-650 (2011).
- American College of Sports Medicine. . ACSM’s guidelines for exercise testing and prescription. , (2013).
- Gustafson, M. P., et al. A systems biology approach to investigating the influence of exercise and fitness on the composition of leukocytes in peripheral blood. Journal for Immunotherapy of Cancer. 5, 30 (2017).
- Freidenreich, D. J., Volek, J. S. Immune responses to resistance exercise. Exercise Immunology Review. 18, 8-41 (2012).
- Campbell, J. P., et al. Acute exercise mobilises CD8+ T lymphocytes exhibiting an effector-memory phenotype. Brain Behavior and Immunity. 23 (6), 767-775 (2009).
- Gustafson, M. P., et al. A method for identification and analysis of non-overlapping myeloid immunophenotypes in humans. PLoS One. 10 (3), e0121546 (2015).
- Miller, M. R., et al. Standardisation of spirometry. European Respiratory Journal. 26 (2), 319-338 (2005).
- Miller, M. R., et al. General considerations for lung function testing. European Respiratory Journal. 26 (1), 153-161 (2005).
- Borg, G. Ratings of perceived exertion and heart rates during short-term cycle exercise and their use in a new cycling strength test. International Journal of Sports Medicine. 3 (3), 153-158 (1982).
- Norton, K., Norton, L., Sadgrove, D. Position statement on physical activity and exercise intensity terminology. Journal of Science and Medicine in Sport. 13 (5), 496-502 (2010).
- Lansley, K. E., Dimenna, F. J., Bailey, S. J., Jones, A. M. A ‘new’ method to normalise exercise intensity. International Journal of Sports Medicine. 32 (7), 535-541 (2011).
- Poole, D. C., Burnley, M., Vanhatalo, A., Rossiter, H. B., Jones, A. M. Critical Power: An Important Fatigue Threshold in Exercise Physiology. Medicine and Science in Sports and Exercise. 48 (11), 2320-2334 (2016).
- Gustafsson, A., et al. Effects of Acute Exercise on Circulating Soluble Form of the Urokinase Receptor in Patients With Major Depressive Disorder. Biomarker Insights. 12, 1177271917704193 (2017).
- Hallberg, L., et al. Exercise-induced release of cytokines in patients with major depressive disorder. Journal of Affective Disorders. 126 (1-2), 262-267 (2010).
- Bengtsson Lindberg, M., Wilke, L., Vestberg, S., Jacobsson, H., Wisén, A. Exercise-induced Release of Cytokines/Myokines in a Single Exercise Test before and after a Training Intervention in Patients with Mild Cognitive Impairment. International Journal of Physical Therapy & Rehabilitation. 3, (2017).
