Induktion och Bedömning av ansträngningsskelettmuskelskada hos människor

Published: December 11, 2016 doi: 10.3791/54859

Michael R. Deyhle*¹, Jacob R. Sorensen*¹, Robert D. Hyldahl¹

¹Exercise Sciences, Brigham Young University

* These authors contributed equally

Abstract

Kontraktion inducerad muskelskada via frivilliga excentriska (förlängnings) sammandragningar ger en utmärkt modell för att studera muskel anpassning och återhämtning hos människor. Häri vi diskutera utformningen av en excentrisk träning protokoll för att framkalla skador i quadriceps musklerna, kännetecknas av förändringar i styrka, ömhet, och plasmanivåer av kreatinkinas. Denna metod är enkel, etiska och allmänt tillämpliga eftersom det utförs i mänskliga deltagare och eliminerar mellan arter översättningen av resultaten. Försökspersoner utför 300 maximal excentrisk sammandragningar av knä extensor muskler med en hastighet av 120 ° / sek på en isokinetisk dynamometer. Omfattningen av skadorna är mätbara med hjälp av relativt icke-invasiva isokinetiska och isometriska åtgärder styrkeförlust, ömhet, och plasmanivåer av kreatinkinas under flera dagar efter övningen. Därför kan dess tillämpning riktas mot specifika populationer i ett försök att identifiera mekanismer för muskelanpassning och förnyelse.

Protocol

Följande procedurer är i enlighet med normerna i Brigham Young University Institutional Review Board (IRB).

1. Förbered kontraktionen protokollen

OBS! Följande protokollinstruktioner är baserade på Biodex Advantage programvara. Navigera i programvaran och drift dynamometern kommer att vara annorlunda om olika system används.

Isokinetisk Strength Testprotokoll
1. För att göra den isokinetiska protokoll, öppen dynamometer styrprogram på datorn och välj "protokollet" -fliken och välj sedan "Record" -fliken i verktygsfältet längst upp på skärmen. Välj "New Protocol" från rullgardinsmenyn.
2. I "Studie Type" rutan, välj "Test" alternativ.
3. Välj följande parametrar från rullgardinsmenyerna: Under menyn "Mode" välj Isokinetisk. Under "gemensamma" menyn väljer knä. Under &#34, mönster ". Meny välj förlängning / böjning Välj koncentriska sammandragningar för både extension och flexion rörelser Välj." Reps "under" avsluta med "rullgardinsmenyn.
4. På "Ensidig" -fliken program en uppsättning av 3 repetitioner med en hastighet av 60 ° / s för både borta och mot sammandragningar. För att göra detta, ange "1" i "# uppsättningar" fältet och skriver "3" i "avsluta med Reps" rad. Skriv sedan 60 i både "Snabba Away" och "hastighet mot" rader.
5. Använd 90 ° som den anatomiska referenspunkten och angivet intervall av förflyttningsgränserna till cirka 10 ° bort och 110 ° mot (0 ° = full förlängning, 135 ° = Full böjning) .För att göra detta, välj "set ROM" -knappen på vänster sida av skärmen. Kalibrera hävarmen, så att 90 ° är parallellt med golvet (såsom indikeras med hjälp av hävarmen vinkelindikatorn anordnad på datorskärmen). Sedan använda 90 ° som den anatomiska rekonferensen punkt, ställ in olika förflyttningsgränser till ca 10 ° bort och 110 ° mot (0 ° = full extension, 135 ° = full böjning).
  OBS: De gemensamma vinkelinställningar som anges här är att föredra, men dessa inställningar bör ändras på varje enskilt fall, särskilt när man arbetar med patienter med en bestämd böjning missbildning eller annan begränsning.
6. Namnge protokoll i "Beskrivning" fältet längst ner till vänster på skärmen och välj spara-knappen på den övre menyraden.
Isometrisk styrka Testprotokoll
1. Upprepa steg 1.1.1 att börja göra isometrisk protokollet.
2. Välj "Test" alternativ från "Studie Type" rutan.
3. Välj följande parametrar från rullgardinsmenyerna: Under menyn "Mode" och välj "isometriska". Under menyn "Joint" välj "knä". Under menyn "Mönster" välj "förlängning / böjning". Under "Contraction Riktning "menyn, välj" bort ". I" avsluta med "menyn, välj" reps ".
4. Program ett test med en uppsättning av 3 isometriska sammandragningar som varar fem sekunder vardera vid en gemensam vinkel på 70 °. För att göra detta, typ "1" i "Positioner" fält på "Ensidig" -fliken. Enligt den position # 1 kolonn, typ "3" i "Avsluta med Reps" rad. I raden märkt "Angle" välj "70".
5. Välj 90 ° som den anatomiska referenspunkten och en borta gräns till 70 °.
6. Namnge protokoll i "Beskrivning" fältet längst ner till vänster på skärmen och välj spara-knappen på den övre menyraden.
Muskel Skadliga Excentrisk Motion Protocol
1. För att göra den excentriska övningsprotokollet, öppen dynamometer styrprogram på datorn och välj "protokollet" -fliken. Välj sedan "Record" -fliken i verktygsfältet längst upp på skärmen. Klicka nu på "Nytt protokoll &# 34; i listrutan.
2. Välj "Motion" alternativ från "Studie Type" rutan.
3. Välj följande parametrar från rullgardinsmenyerna: Under menyn "Mode" och välj "isokinetisk". Under menyn "Joint" välj "knä". Under menyn "Mönster" välj "Extension / Flexion". Under menyn "Contraction" välj "Con / ECC".
4. På "Ensidig" -fliken, program 10 uppsättningar av 10 repetitioner med hastigheter på 180 ° / sek bort och 120 ° / s mot 60 sek vila mellan seten.
  1. Skriv "10" i "# Ställer" fältet.
  2. I den första kolumnen (märkt # 1), typ "10" i raden märkt "Avsluta med Reps". Skriv sedan "180" i nästa rad märkt "Snabba Away". I nästa rad märkt "hastighet mot", typ "120". I raden märkt "Torque", typ 200 till 600, beroende på den förväntade styrkan hos sm inte annat följer.
  3. Upprepa steg 1.3.4.2 för uppsättningar # 2 till # 10.
  4. Typ 60 i "vilotiden i sekunder" fältet.
5. Typ 90 ° in i "Anatomical Reference" fältet.
6. Välj "Set ROM" -knappen på vänster sida av skärmen och ställa olika förflyttningsgränser till 40 ° bort och 110 ° mot (0 ° = full extension, 135 ° = full böjning). Dessa inställningar ger rörelseområdet genom vilket ämnet skall ge motståndskraft mot armen hos dynamometern. Som en säkerhetsåtgärd kommer dynamometern slutar röra om motivet slutar tillhandahålla motstånd inom den angivna rörelseomfång.
  1. För att ställa in rörelseomfång, välj "ROM set" knappen på vänster sida av skärmen. Kalibrera hävarmen, så att 90 ° är parallellt med golvet (såsom indikeras med hjälp av hävarmen vinkelindikatorn anordnad på datorskärmen). Sedan använda 90 ° som den anatomiska referenspunkt, set intervallet förflyttningsgränser till 40 ° bort och 110 ° mot (0 ° = full extension, 135 ° = full böjning).
    OBS: Dessa gemensamma inställningar vinkel är förslag på en typisk frisk person. Dessa bör ändras för att passa förmågor från en individ till en annan.
7. Namnge protokoll i "Beskrivning" fältet och välj "Spara" knappen längst upp verktygsfältet.

2. baslinjemätningar

Ömhet Mätningar
1. Gör en visuell analog skala genom att dra en 100 mm linje horisontellt över en sida.
2. På den vänstra sidan av linjen anger "Ingen ömhet" och på den högra sidan av linjen indikerar "Extreme ömhet" (Figur 1). Denna metod används ofta för att bedöma fördröjd debut träningsvärk ^1,10,11.
3. Instruera motivet att göra två kroppen vikt knäböj. Utför båda knäböj med armarna straight ut framför axlarna och fötterna axelbrett isär. Korrekt djup nås när de övre benen är parallella med golvet innan de återvänder till startpositionen.
4. Be motivet att indikera intensiteten för ömhet han eller hon kände i quadriceps femoris musklerna under knäböjningar genom att dra en vertikal linje på lämplig plats på den visuella analoga skalan.
5. Kvantifiera motivets nivå av ömhet genom att mäta avståndet i millimeter från no-soreness änden av den visuella analoga skalan till subjektets märke.
Serum Kreatin kinas
VARNING: Använd skyddshandskar innan du hanterar blod och kassera nålar omedelbart efter användning i en avfallsbehållare enligt sjukhus eller universitet politik.
1. Följ standardiserade flebotomi förfaranden för att dra blod från armvecket regionen av patientens arm under fastebetingelser för att erhålla 5 till 6 ml blod ^12.
2. Centrifugerablodprov vid 15 xg under 15 min vid 3 ° C för att separera serum från blodkroppar.
3. Med hjälp av en pipett, överföra serumprovet i ett mikrocentrifugrör märkt på lämpligt sätt för ämne och tidpunkt.
4. Lagra provet vid -80 ° C för senare användning.
5. Analysera serumproverna för kreatinkinasaktivitet med användning av ett kommersiellt tillgängligt kit enligt tillverkarens protokoll. Alternativt kan de serumprover transporteras till en lokal medicinsk diagnostisk laboratorium för analys.
Ämne Framställning
1. Fyrtioåtta timmar före patientens besök, instruera dem att undvika ansträngande eller ovana motion, icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel och alkohol.
2. När motivet kommer, samla vikt, längd, kön och ben dominans hos återförsäljaren innan du installationen. Leg dominans kan bestämmas genom att be ämnet med vilket ben de skulle välja att sparka en boll.
3. Ha subject värma upp vid 50 till 150 W under 10 minuter på en cykelergometer innan du utför hållfasthetstester.
4. Efter uppvärmningen be motivet att sitta i stolen av dynamometer. Justera lutningen, höjd, djup, lutning och rotation av sitsen och axeln arm för att passa motivet. Använd den laterala femurkondylen som referens och anpassa rotationsaxel knä med den hos dynamometeraxeln armen. Justera axel armlängd så att det är bara proximal till den mediala fotknölen, och fäst med bandet. Angående bör kunna plantar flex bekvämt med komplett utbud av rörelse.
5. Lämna tillräckligt med utrymme (25 mm) mellan framkanten av sätet och baksidan av benet för att tillåta maximal böjning av knäleden utan att klämma eller obehag.
6. Stabilisera föremål med axel, höft, vrist och lår remmar. Att isolera knäextensorerna och undvika tillhörande muskel engagemang, är det viktigt att ämnet på ett säkert sätt stabiliseras.
7. Har ämnet utföra3-5 praktiken förlängning / flexion manövrar av knäet, övervaka rörelseomfång och tecken på obehag som kan förekomma före början av kontraktion protokollet, och justera vid behov.
8. Nu när de justerbara delarna i dynamometer är korrekt monterat på den enskilda, spela in sätet inställningsmöjligheter och axel armposition för repeterbar inställning vid efterföljande besök.
  OBS: Det är viktigt att ämnet är säkert och bekvämt. Dynamometern är utrustad med en nödstoppsknapp för både motivet och operatören i händelse av en nödsituation.
force Measurement
1. Efter ämnet är rätt orienterad i sätet och isometrisk styrka testprotokoll är laddad, instruera ämnet om hur man utför testet.
  1. Berätta det ämne som han eller hon kommer att smittas mot hävarmen som kommer att stanna stilla. Berätta motivet att följa uppmaningarna på datorskärmen gör 3 sammandragningar som varar 5 sek EACh.
  2. Berätta motivet att behålla maximal ansträngning för varje sammandragning. Berätta motivet att andas under värkarna. Be motivet att korsa sina armar över bröstet under testet.
  3. Starta isometrisk protokollet och låta motivet att öva testet med submaximal ansträngning. Denna praxis prov kommer bekanta motivet på prov samt tillhandahålla en testspecifik uppvärmning. Tillåta ämnet att öva testet 2 till 3 gånger.
2. När ämnet är klar, starta testet och verbalt uppmuntra motivet för att ge maximal ansträngning för varje sammandragning.
3. Spela vridmoment, kraft och arbete. Programmet beräknar också variationskoefficient (en statistisk representation av test giltighet baserat på reproducerbarhet av prestanda, lägre värden indikerar högre reproducerbarhet). Om variationskoefficient överstiger 15%, upprepa testet. Upprepa testet upp till 4 gånger. Om motivet är oförmögen att producera en koefficient of varians mindre än 15% efter 4 försök använda data från den uppsättning som gav lägsta variationskoefficient värde.
4. Låt ämnet två till tre minuter för att vila, och sedan ladda isokinetiska protokoll för att erhålla isokinetiska hållfasthetsdata.
5. Efter det att ämnet är fäst i sätet, instruera om hur man utför den isokinetiska testet.
  1. Berätta det ämne som de kommer att göra tre sträckning och böjning sammandragningar mot hävarmen som kommer att flytta till en fast ränta. Berätta motivet målet är att dra ihop sig så kraftfullt som möjligt genom hela rörelseområdet för varje sammandragning.
  2. Berätta för dem att hävarmen stannar när de når slutet av rörelseomfång. Be motivet att korsa armarna över bröstet under testet. Påminn ämnet inte hålla andan under värkarna
    OBS: Även om de uppgifter som samlats från böjning del av kontraktion inte kan vara av intresse för forskare, ÄmnesområdeECTS som tillhandahåller maximal ansträngning för både böjning och sträckning manövrar tenderar att ge bättre kraft konsistens under förlängningen manöver.
6. Starta testet och verbalt uppmuntra motivet för att ge maximal ansträngning.
7. Spela vridmoment, kraft och arbete. Programmet beräknar också variationskoefficient (en statistisk representation av test giltighet baserat på reproducerbarhet av prestanda, lägre värden indikerar högre reproducerbarhet). Om variationskoefficient överstiger 15%, upprepa testet.
  1. Upprepa testet upp till 4 gånger. Om motivet är oförmögen att producera en variationskoefficient mindre än 15% efter 4 försök, använda data från den uppsättning som gav lägsta variationskoefficient värde.

3. Skador Induktion

En till tre dagar efter det att baslinjemätningar i del 2, har ämnet återvänder till labbet för den skada induktions delen avprotokoll
Har ämnet warm-up på en cykelergometer under 10 min vid 50 till 150 W.
Efter uppvärmningen, orient och säkra motivet i dynamometer som använder justeringsinställningar som spelats in i steg 2.3.7, ladda muskeln skada excentrisk träning protokoll och instruera motivet på hur korrekt att utföra övningen.
1. Tala om för det ämne som de drar ihop sig mot hävarmen för att initiera rörelse av axeln arm för varje sammandragning. Berätta ämne som när axeln armen rör sig mot dem med en fast ränta, är deras mål att dra ihop sig mot det så kraftfullt som möjligt.
2. Tillåta ämnet att greppa handtagen placerade på vardera sidan av sätet.
3. Berätta motivet att andas under värkarna; andas ut under den excentriska fasen.
När motivet är klar, startar den första uppsättningen av sammandragningar genom att trycka på startknappen på skärmen.
Verbalt uppmuntra ämnet för att upprätthålla maximal effort för varje sammandragning.
Följ anvisningarna på skärmen som guidar ämnet genom 10 uppsättningar av 10 repetitioner med en 1 min viloperiod mellan seten.
När 10 uppsättningar avslutade låta patienten 1 till 5 minuter för att vila innan upprepa protokollet.
OBS: Det maximala antalet uppsättningar tillgängliga under den excentriska protokollet är 10 men detta kan variera beroende på dynamometer och programvara som används. Resten ger tid för operatören att ladda om protokollet om det behövs.
Upprepa proceduren ytterligare två gånger för totalt 300 övervägande excentriska sammandragningar.

Bedömning 4. muskelskador

Upprepa både Isokinetisk och isometriska hållfasthetsprovning som beskrivs i 2.4 omedelbart efter skadliga träning och vid 24, 48, 72, och 96 timmar efter.
Upprepa ömhet mätning som beskrivs i del 2.1 vid 24, 48, 72, och 96 timmar efter skada träning. Var noga med att använda en ny visuell analog skala för varjebedömning så att motivet inte kan se sina tidigare svar.
Upprepa bloddragningen som beskrivs i del 2.2 för kreatinkinas analysen vid 48 och 120 timmar efter skada träning eller vid tidpunkter som bestäms av det experimentella protokollet.
Plotta data kreatinkinas, styrka och ömhet på y-axeln av ett diagram mot tiden på x-axeln.
Observera hur dessa variabler avviker från och tillbaka mot baslinjevärdena i dagarna efter träning, vilket tyder på skador och reparera respektive.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Med hjälp av metoder som presenteras här, baslinje ömhet, serum kreatininkinas aktivitet och styrka (isometriska och isokinetiska) mätningar gjordes i 7 otränade unga män. Följande dag, de ämnen genomgick muskeln skada excentrisk kontraktion protokoll som beskrivs ovan. För att ge index för muskelskada, följa upp bedömningar av styrka, ömhet och serum kreatinkinasaktivitet gjordes. Hållfastheten mättes omedelbart efter samt 24, 48, 72, och 96 timmar efter träning. Ömhet mättes 24, 48, 72, och 96 timmar efter träning. Serum kreatinkinas mättes vid 48 och 120 timmar efter träning. Dessa data analyserades med användning av en en-vägs upprepade mätningar av variansanalys med en av Dunnetts multipla jämförelsetest för att jämföra efter träning värden till pre-motion värde. Jämfört med före träning, isometrisk och isokinetisk kraft minskades ut till 24 och 48 timmar efter träning, respektive, och återvände liknar före träningsvärden därefter (Figur 2). Ömhet ökade signifikant vid 24, 48, och 72 timmar efter träning (Figur 3). Serum kreatinkinas var signifikant förhöjda 48 timmar efter träning (Figur 4). Figur 5 visar en atypisk isometrisk kraftkurvan i dagarna efter skadlig övning.

Figur 1
Figur 1: visuell analog skala som används för att kvantifiera träningsvärk av quadriceps femoris muskler. Ämnen instrueras att göra två kroppsvikt knäböj och sedan ange på linjen graden av ömhet de kände i quadriceps musklerna under knäböj manöver. Forskaren kvantifierar detta genom att mäta avståndet av varumärket i mm från ingen ömhet änden av skalan."Http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54859/54859fig1large.jpg" target = "_ blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 2
Figur 2: Isometrisk kraft (A) och 60 ^o / s isokinetisk kraft (B) av de knä extensor muskler en dag före (pre), omedelbart efter (imm post), 24, 48, 72, och 96 timmar efter ett anfall av 300 maximal ansträngning förlängning sammandragningar. Data uttrycks som en procent av den pre-motion kraftvärde (medelvärde ± SD). Data analyserades med en envägs upprepade mätningar av variansanalys med en Dunnetts test för multipla jämförelser. * Indikerar signifikant skillnad jämfört pre (p <0,05). Denna siffra är anpassad från referens ^3. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3: ömhet svarskurvan en dag innan träning (pre) samt vid 24, 48, 72, och 96 timmar efter 300 maximal-ansträngningsförlängnings sammandragningar. Data uttrycks på stocken ₁₀ skala (medelvärde ± SD). * Indikerar signifikant skillnad jämfört pre träning (p <0,05). Denna siffra är anpassad från referens ^3. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4: Serum kreatinkinas (CK) aktivitet (medel ± SD) 24 timmar före (pre), 48 och 120 h efter 300 maximal-insats förlängning fortsractions (LC). Data presenteras som den procentuella andelen av pre-träningsvärden på stocken ₁₀ skala. * Indikerar signifikant skillnad jämfört pre (p <0,05), ns indikerar ingen signifikant skillnad. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5: Isometrisk kraft knä extensor musklerna i ett ämne som visade en atypisk svar. Kraftmätningar omedelbart efter (IMM post) 24, 48, 72, och 96 timmar efter en släng av 300 maximal ansträngning förlänga sammandragningar inte reducerades jämfört med före träning (pre) värde i detta ämne. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Flera steg är avgörande för att uppnå de önskade resultaten av detta protokoll. Först måste ämnen vara tillräckligt bekanta med kontraktion protokoll, särskilt kraftmätningar. Se till att motivet förstår exakt vad de förväntas göra och ge dem en möjlighet att öva hållfasthetstest före datainsamling. Ämnen som inte är tillräckligt bekanta med dessa förfaranden kan visa en inlärningskurva över dagarna efter skadan induktion. Detta kan vara en confounding variabel gör mätningarna styrke ogiltig. Figur 5 visar data från en person som kanske inte har rätt bekanta. Detta ämne visade ökande styrka beroende, kanske, till lärande under loppet av experimentet trots den skadliga motion. För det andra, kan valet av ämne befolkningen också vara avgörande för detta protokoll. Ansträngning muskelskada kan variera kraftigt från patient till patient beroende på många faktörer, inklusive utbildad status hos individen. Individer vana vid excentrisk träning kommer att visa mycket mindre skada jämfört med ovana personer. Detta kan vara en viktig faktor när man väljer ett ämne population. Om en forskare är intresserad av att observera en stor skada svar kommer en befolkning ovana att excentrisk träning vara mest benägna att ge detta resultat. Slutligen är det kritiskt att motivet är konsekvent placerat på dynamometern under de upprepade besök. Forskaren bör registrera positionsinställningar för varje justerbar komponent i dynamometer för varje ämne och placera det i enlighet med för varje uppföljande test. Detta kommer att minimera variabiliteten på grund av postural skillnader.

Många olika Dynameters finns tillgängliga. Medan de metoder som anges här är specifika för Biodex dynamometer och styrprogram, kan dessa metoder anpassas för användning med andra dynamometrar efter redovisning av enheten fungerag skillnader. Användningen av dynamometern som presenteras här ger fördelar jämfört med vissa andra metoder som används för att inducera muskelskador hos människor. Dessa fördelar innefattar noggrant kvantifiera det totala arbete som utförts under övningen, styra vinkelhastighet, och exakt mätning av styrka och hållfasthetsförlust. Emellertid kan andra metoder för skador induktion användas i händelse av att en dynamometer inte är tillgänglig eller inte föredragna. Hubal och medarbetare ¹³ använde en upprepad stol sit och upphov metod för att effektivt inducerad muskelskada. I denna studie, försöks förlängning sammandragningar genom att sänka ner på en stol. Stupka och medarbetare ¹⁴ används traditionell knä extensor motion under vilka ämnen utförde förlängning komponenten av kontraktionen på 120% av koncentriska en upprepning maximum. Downhill kör är också en effektiv stimulans för att orsaka muskelskada ^15,16. Dessa andra metoder för skador induktion kan vara att föredra om forskaren ärintresserad av att observera skador från en mer verklighetstrogen eller sportspecifika stimulans eller från en sluten kinetisk kedja rörelse. En annan modifiering av detta protokoll att forskaren kan överväga är frekvensen av blodprovstagning för kreatinkinas mätning. För att få den mest informativa bilden av kreatinkinas i serum efter träning, kan forskaren välja att ta blodprov varje 24 timmar för fem till sex dagar efter skada. Detta kommer att säkerställa att toppserum kreatinkinasvärdena inte missas. Även denna kommer att ge bättre information om vilken typ av förändringar i kinas serumkreatininfosfokinas, till exempel om kurvan följer en mono- eller bifasiskt form.

En begränsning av detta protokoll är att styrkan förlust, kinas serumkreatininfosfokinas, och ömhet, är indirekta markörer för skador. Även direkta bevis för skador kan observeras genom att erhålla en muskel urval och med hjälp elektronmikroskopi, andra histologiska metoder som används i studier på gnagare inte upptäcker VOLUntary kontraktion-inducerade skador i människans muskler ^17,18. Med tanke på de begränsade metoder kan direkt upptäcka muskelskada i samband med frivillig kontraktion-inducerade skador hos människor, indirekta markörer skador är bland de bästa alternativen ^10.

Aspekter av både insamling och analys av data kan kräva felsökning. Under muskeln skada protokollet, måste motivet utlösa rörelse av axeln arm för varje excentrisk kontraktion. Ämnet gör detta genom att smittas mot den stationära armen i en utsträckt knä läge tills en tröskelkraft värde uppnås som utlöser axelrörelsen och excentrisk kontraktion. Tröskelkraftvärdet är 10% av momentvärdet programmeras in i kontraktion protokoll (steg 1.3.4.2). Ämnen kan ha svårt att klara tröskelkraften i det utsträckta knäledsstartläge, särskilt efter flera uppsättningar har slutförts. Forskaren kan hjälpa ämnet når threshold att initiera sammandragningarna genom att dra i axeln armen. Alternativt kan momentvärdet programmerat i varje sammandragning av protokollet (1.3.4.2) minskas så att tröskeln är lägre. Dock måste momentvärdet inte ställas in för lågt eftersom om ämnet överstiger momentvärdet axelarmen stannar och kontraktion kommer att avbrytas. Arten av de kreatinkinas och ömhet data kan också ge ett visst besvär för undersökaren. Dessa datamängder är ofta inte normalfördelade. Båda variablerna tenderar att visa icke-homogenitet av varians så att ökad variabilitet sker med högre medelvärden. På grund av karaktären av dessa variabler, är en log-transformation ofta lämpligt att normalisera fördelning och homogenisera variansen före statistisk analys. Alternativt kan icke-parametriska tester användas.

Den ansträngningsutlöst muskelskada protokoll som beskrivs i detta dokument kan ha breda tillämpningar. Den primära strä ngd att använda protokollet finns risk för att studera de cellulära och molekylära processer som styr muskelreparation, regenerering, och anpassning direkt på människor. Dessutom träningsvärk och tillfälliga styrkeförluster är ofta oönskade konsekvenser av ansträngande, eller ny övning. Med hjälp av en övning baserad skada protokoll såsom den som beskrivs här, forskare som en validerad modell kan testa effektiviteten hos närings, nutraceutical, eller farmakologiska interventioner eller andra behandlingar avsedda att skydda mot träningsvärk efter träning.

Sammanfattningsvis beskriver detta manuskript en säker och tillförlitlig metod för att orsaka och kvantifiera kontraktion inducerad skelettmuskelskada i människor. Den använder excentriska sammandragningar av knäextensorerna som styrs av en dynamometer för att framkalla skador. Muskelskada bedöms icke-invasivt med träningsvärk,kinas serumkreatininfosfokinas och hållfasthetsförlust. Medan protokollet är skriven för en specifik dynamometer för skador induktion och kraftmätningar, kan detta protokoll anpassas för användning med andra dynamometrar samt andra former av kontraktion inducerad skada tillsammans.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Biodex Dynomometer	Biodex Medical Systems	850-000	Other models are available and should produce similar results
Creatine Kinase kit	Sigma-Aldrich	MAK116
Serum Vacutainers	BD Bioscience	367812
Winged safety push button blood collection set	BD Bioscience	367338
Cryogenic vials	Sigma-Aldrich	V5007	We use the 2 ml vials to store serum aliquots

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

Deyhle, M. R., et al. Skeletal Muscle Inflammation Following Repeated Bouts of Lengthening Contractions in Humans. Front. Physiol. 6, 424 (2015).
Hyldahl, R. D., et al. Extracellular matrix remodeling and its contribution to protective adaptation following lengthening contractions in human muscle. FASEB J. 29 (7), 2894-2904 (2015).
Hyldahl, R. D., Olson, T., Welling, T., Groscost, L., Parcell, A. C. Satellite cell activity is differentially affected by contraction mode in human muscle following a work-matched bout of exercise. Front. Physiol. 5, 485 (2014).
Clarkson, P. M., Kearns, A. K., Rouzier, P., Rubin, R., Thompson, P. D. Serum creatine kinase levels and renal function measures in exertional muscle damage. Med. Sci. Sports Exerc. 38 (4), 623-627 (2006).
Clarkson, P. M. Exertional rhabdomyolysis and acute renal failure in marathon runners. Sports Med. 37 (4-5), 361-363 (2007).
Seedat, Y. K., Aboo, N., Naicker, S., Parsoo, I. Acute renal failure in the "Comrades Marathon" runners. Ren. Fail. 11 (4), 209-212 (1989).
Landau, M. E., Kenney, K., Deuster, P., Campbell, W. Exertional rhabdomyolysis: a clinical review with a focus on genetic influences. J. Clin. Neuromuscul. Dis. 13 (3), 122-136 (2012).
Warren, G. L., et al. Role of CC chemokines in skeletal muscle functional restoration after injury. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 286 (5), C1031-C1036 (2004).
Zhang, J., et al. CD8 T cells are involved in skeletal muscle regeneration through facilitating MCP-1 secretion and Gr1(high) macrophage infiltration. J. Immunol. 193 (10), 5149-5160 (2014).
Cermak, N. M., Noseworthy, M. D., Bourgeois, J. M., Tarnopolsky, M. A., Gibala, M. J. Diffusion tensor MRI to assess skeletal muscle disruption following eccentric exercise. Muscle Nerve. 46 (1), 42-50 (2012).
Chen, Y. W., Hubal, M. J., Hoffman, E. P., Thompson, P. D., Clarkson, P. M. Molecular responses of human muscle to eccentric exercise. J. Appl. Physiol. 95 (6), 2485-2494 (2003).
Stasinger, S. K., Di Lorenzo, M. S. Phlebotomy Textbook. , 3rd, F.A. Davis Company. 188-203 (2011).
Hubal, M. J., Chen, T. C., Thompson, P. D., Clarkson, P. M. Inflammatory gene changes associated with the repeated-bout effect. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 294 (5), R1628-R1637 (2008).
Stupka, N., Tarnopolsky, M. A., Yardley, N. J., Phillips, S. M. Cellular adaptation to repeated eccentric exercise-induced muscle damage. J. Appl. Physiol. 91 (4), 1669-1678 (2001).
Smith, L. L., et al. Changes in serum cytokines after repeated bouts of downhill running. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 32 (2), 233-240 (2007).
Marqueste, T., Giannesini, B., Fur, Y. L., Cozzone, P. J., Bendahan, D. Comparative MRI analysis of T2 changes associated with single and repeated bouts of downhill running leading to eccentric-induced muscle damage. J. Appl. Physiol. 105 (1), 299-307 (2008).
Crameri, R. M., et al. Myofibre damage in human skeletal muscle: effects of electrical stimulation versus voluntary contraction. J. Physiol. 583 (Pt 1), 365-380 (2007).
Yu, J. G., Malm, C., Thornell, L. E. Eccentric contractions leading to DOMS do not cause loss of desmin nor fibre necrosis in human muscle. Histochem. Cell Biol. 118 (1), 29-34 (2002).
Jamurtas, A. Z., et al. Comparison between leg and arm eccentric exercises of the same relative intensity on indices of muscle damage. Eur. J. Appl. Physiol. 95 (2-3), 179-185 (2005).

Cite this Article

Deyhle, M. R., Sorensen, J. R.,… More

Deyhle, M. R., Sorensen, J. R., Hyldahl, R. D. Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans. J. Vis. Exp. (118), e54859, doi:10.3791/54859 (2016).

Less

Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions

View Video