Summary

Breve sessione ad alta intensità Interval Training e valutazione di tapis roulant in topi invecchiati

Published: February 02, 2019
doi:

Summary

Breve sessione (≤ 10 min) elevato intervallo di allenamento di intensità (HIIT) sta emergendo come alternativa alle modalità di esercizio più lungo, ma le varianti più brevi sono modellate raramente negli studi sugli animali. Qui, descriviamo un 10 min, 3 giorni a settimana, protocollo HIIT tapis roulant in salita che migliora le prestazioni fisiche in maschio e femmina topi invecchiati.

Abstract

Intervallo di allenamento ad alta intensità (HIIT) sta emergendo come un approccio terapeutico per impedire, ritardare o migliorare la fragilità. In particolare breve sessione HIIT, con regimi che minore o uguale a 10 min è di particolare interesse in quanto parecchi studi umani dispongono di routine più breve pochi minuti un paio di volte a settimana. Tuttavia, ci è una scarsità di studi sugli animali che modellano gli impatti di breve sessione HIIT. Qui, descriviamo una metodologia per un regime HIIT individualmente su misura e progressiva breve sessione di 10 min dato 3 giorni a settimana per topi utilizzando un tapis roulant inclinato invecchiati. La nostra metodologia include anche protocolli per la valutazione del tapis roulant. Topi sono inizialmente ambientati per il tapis roulant e poi dati basale piatta e le valutazioni tapis roulant in salita. Sessioni di allenamento cominciano con un riscaldamento di 3 min, poi tre intervalli di 1 min a un veloce ritmo, seguito da 1 min a un recupero attivo ritmo. A seguito di questi intervalli, i topi sono dati un segmento finale che inizia presso il veloce ritmo e accelera per 1 min. Il protocollo HIIT è adattato individualmente come la velocità e l’intensità per ogni mouse sono determinati basato su punteggi di valutazione iniziale anaerobica. Inoltre, abbiamo dettaglio le condizioni per aumentare o diminuire l’intensità per topi individuali a seconda delle prestazioni. Infine, l’intensità è aumentata per tutti i topi ogni due settimane. Precedentemente abbiamo segnalato in questa protocollo migliorato le prestazioni fisiche in topi maschi invecchiati e qui Visualizza in che aumenta anche le prestazioni di tapis roulant topi femminili invecchiati. Vantaggi del nostro protocollo includono tempi di amministrazione basso (circa 15 min per 6 topi, 3 giorni a settimana), strategia per l’individualizzazione per topi migliore modello prescritto esercizio e un design modulare che consente l’aggiunta o la rimozione del numero e la lunghezza del intervalli per titolare i benefici di esercizio.

Introduction

L’esercizio fisico regolare è efficace nel prevenire o ritardare molte malattie età-associate come sarcopenia e fragilità1,2,3,4. Tuttavia, meno del 15% di tali raccomandazioni incontrare 65 e più vecchi di 150 min una settimana di intensità moderato esercizio fisico più la forza
formazione5,6. Come la mancanza di tempo e lunghe sessioni sono comuni barriere di esercitare, intervallo di allenamento ad alta intensità (HIIT) sta emergendo come alternativa ai tradizionali regimi. HIIT dispone più brevi raffiche di intensa attività che si alternano con brevi periodi di recupero attivo, e c’è stato interesse recente nell’identificare i regimi più brevi che ancora producono risultati utili. Tali studi includono 3 giorni un regimi di settimana con tempi di sessione totale di 4 min7, 2-3 min8, 1,5 min9, un singolo min10e anche 40 s11.

Allo stesso modo, c’è stato un notevole interesse nei modelli animali di HIIT. Una maggioranza degli studi utilizzati topi12,13,14,15,16,17,18,19,20, 21 o ratti22,23,24,25 e sono stati eseguiti utilizzando un tapis roulant, anche se pochi altri usato piscina protocolli26,27 , 28. la maggior parte di questi studi uso VO2max per impostare l’intensità iniziale di esercizio13,14,19,21,24. Inoltre, anche se un vantaggio spesso descritto di HIIT sta avendo i regimi più brevi, quasi tutti questi identificato i regimi di caratteristica di studi che ultimi 30 min o più11,12,13,14 ,15,18,19,21, ad eccezione di uno con una leggermente più lungo di 10 min regime20e l’altro con 19 min attraverso tre diversi intensità16. A nostra conoscenza, non ci sono studi animali segnalati che esaminano un 10 min o meno regime HIIT o adattare il regime a singoli animali, fatta eccezione per il nostro studio pubblicato17 che serve come base per questo protocollo.

Qui, descriviamo un protocollo per HIIT in topi invecchiati progettati per modello individualizzata, variabili di sessione breve (≤ 10 min) utilizzati di recente in studi umani7,8,9,10,11. Il metodo prevede un regime di 10 minuti su un tapis roulant inclinato (25°) con 3 minuti di riscaldamento e quattro intervalli di 1 minuto ad alta intensità, intervallate da tre segmenti di recupero attivo di 1 min. Vantaggi del protocollo includono una maggiore rilevanza clinica poiché dispone di strategie per la sartoria intensità ai singoli animali, l’impostazione di intensità che non sono basati su VO2max, evitando così la necessità di tapis roulant metabolico e modulare progettazione per cui il numero di intervalli e le temporizzazioni è facilmente regolabile. Inoltre, all’interno di questo protocollo forniamo le istruzioni per due strategie per la valutazione del tapis roulant, che includono intervallo piatta continuo e in salita, per esaminare la resistenza. Utilizzando questi metodi, Estendiamo i nostri risultati precedenti quella breve sessione che HIIT aumentata capacità funzionale in topi maschi invecchiati17e ora dimostrare HIIT aumenta le prestazioni del tapis roulant in topi femminili invecchiati.

Protocol

Tutti gli studi e protocolli sperimentali sono stati approvati da ed in conformità alle linee guida dell’Università a Buffalo e VA Western New York Animal Care e comitati di uso. 1. sperimentare l’installazione e consigli generali Nota: Un totale di venti-quattro topi femminili su uno sfondo di C57BL/6J sono stati utilizzati in questo protocollo a partire dai 23 mesi di età. I topi hanno trasportato un condizionale di mutazione di SIRTloxp-exo…

Representative Results

Un totale di venti-cinque topi femminili sono stati allevati e invecchiato in casa. I topi di C57BL/6J sfondo ha trasportato un SIRT1loxp-exon4-loxp mutazione29; Tuttavia, questo knockout condizionale non è stata indotta e pertanto tutti i topi hanno esibito integrale Sirtuin1 (dati non mostrati). A 24 mesi di età, i topi sono stati valutati per tapis roulant resistenza e capacità di sprint in salita prima e dopo la somministrazione di due mesi di all…

Discussion

Benefici da brevi sessioni sono un aspetto fondamentale dell’intervallo di allenamento ad alta intensità che cattura scientifica e interesse pubblico. Tuttavia, gli studi sugli animali raramente indagare regimi HIIT che sono 10 min o meno. Qui, descriviamo un protocollo per un 10 min breve sessione HIIT tapis roulant in salita regime di esercizio fisico che migliori prestazioni di tapis roulant in topi femminili invecchiati e che precedentemente abbiamo dimostrato per aumentare le prestazioni fisiche in topi maschi inve…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vogliamo ringraziare il personale di cura degli animali presso l’Università di Buffalo animale Laboratory Animal Facility. Questa ricerca è stata sostenuta da un veterano degli affari riabilitazione ricerca e sviluppo Grant RX001066 e l’Indian Trail Foundation.

Materials

Exer-3/6 Open Treadmill w/ Shock, Detection, auto-calibration and PC Interface/Software Columbus Instruments 1055-SDRM The Columbus Instruments 3/6 treadmill allow up to 6 mice or 3 rats simultaneously.
The device comes with controllers to allow manual control of treadmill belt speed and shock intensity, or connections to a computer and software to run and control these elements. 
Bleach Varies Varies 0.25-0.5% Bleach solution (V/V) is used to clean the treadmill belt between sessions
Ethanol Varies Varies 70% ethanol solution (V/V) can alternatively be used to clean treadmill belt between runs and sesions.
Make-up Brush (large) Varies Varies A make-up brush provides a soft surface and ample length to motivate mice to continue exercise.

References

  1. Cameron, I. D., et al. A multifactorial interdisciplinary intervention reduces frailty in older people: randomized trial. BMC Medicine. 11 (65), (2013).
  2. Manas, A., et al. Reallocating Accelerometer-Assessed Sedentary Time to Light or Moderate- to Vigorous-Intensity Physical Activity Reduces Frailty Levels in Older Adults: An Isotemporal Substitution Approach in the TSHA Study. Journal of the American Medical Directors Association. 19 (185), (2018).
  3. Rogers, N. T., et al. Physical activity and trajectories of frailty among older adults: Evidence from the English Longitudinal Study of Ageing. PLoS One. 12, e0170878 (2013).
  4. Yamada, M., Arai, H., Sonoda, T., Aoyama, T. Community-based exercise program is cost-effective by preventing care and disability in Japanese frail older adults. Journal of the American Medical Directors Association. 13, 507-511 (2012).
  5. de Rezende, L. F., Rey-Lopez, J. P., Matsudo, V. K., do Carmo Luiz, O. Sedentary behavior and health outcomes among older adults: a systematic review. BMC Public Health. 14 (333), (2014).
  6. Wullems, J. A., Verschueren, S. M., Degens, H., Morse, C. I., Onambele, G. L. A review of the assessment and prevalence of sedentarism in older adults, its physiology/health impact and non-exercise mobility counter-measures. Biogerontology. 17, 547-565 (2016).
  7. Tjonna, A. E., et al. Low- and high-volume of intensive endurance training significantly improves maximal oxygen uptake after 10-weeks of training in healthy men. PLoS One. 8, e65382 (2013).
  8. Burgomaster, K. A., et al. Similar metabolic adaptations during exercise after low volume sprint interval and traditional endurance training in humans. Journal of Physiology. 586, 151-160 (2008).
  9. Cavar, M., et al. Effects of 6 Weeks of Different High-Intensity Interval and Moderate Continuous Training on Aerobic and Anaerobic Performance. Journal of Strength and Conditioning Research. , (2018).
  10. Gillen, J. B., et al. Twelve Weeks of Sprint Interval Training Improves Indices of Cardiometabolic Health Similar to Traditional Endurance Training despite a Five-Fold Lower Exercise Volume and Time Commitment. PLoS One. 11, e0154075 (2016).
  11. Metcalfe, R. S., Babraj, J. A., Fawkner, S. G., Vollaard, N. B. Towards the minimal amount of exercise for improving metabolic health: beneficial effects of reduced-exertion high-intensity interval training. European Journal of Applied Physiology. 112, 2767-2775 (2012).
  12. Belmonte, L. A. O., et al. Effects of Different Parameters of Continuous Training and High-Intensity Interval Training in the Chronic Phase of a Mouse Model of Complex Regional Pain Syndrome Type I. The Journal of Pain. , (2018).
  13. Chavanelle, V., et al. Effects of high-intensity interval training and moderate-intensity continuous training on glycaemic control and skeletal muscle mitochondrial function in db/db mice. Scientific Reports. 7 (204), (2017).
  14. de Oliveira Sa, G., et al. High-intensity interval training has beneficial effects on cardiac remodeling through local renin-angiotensin system modulation in mice fed high-fat or high-fructose diets. Life Sciences. 189, 8-17 (2017).
  15. Marcinko, K., et al. High intensity interval training improves liver and adipose tissue insulin sensitivity. Molecular Metabolism. 4, 903-915 (2015).
  16. Niel, R., et al. A new model of short acceleration-based training improves exercise performance in old mice. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports. 27, 1576-1587 (2017).
  17. Seldeen, K. L., et al. High Intensity Interval Training (HIIT) improves physical performance and frailty in aged mice. The Journals of Gerontology Series A Biological Sciences. 73 (4), 429-437 (2017).
  18. Tuazon, M. A., McConnell, T. R., Wilson, G. J., Anthony, T. G., Henderson, G. C. Intensity-dependent and sex-specific alterations in hepatic triglyceride metabolism in mice following acute exercise. Journal of Applied Physiology. 118, 61-70 (2015).
  19. Wang, N., Liu, Y., Ma, Y., Wen, D. High-intensity interval versus moderate-intensity continuous training: Superior metabolic benefits in diet-induced obesity mice. Life Sciences. 191, 122-131 (2017).
  20. Wilson, R. A., Deasy, W., Stathis, C. G., Hayes, A., Cooke, M. B. Intermittent Fasting with or without Exercise Prevents Weight Gain and Improves Lipids in Diet-Induced Obese Mice. Nutrients. 10, (2018).
  21. Hafstad, A. D., et al. High intensity interval training alters substrate utilization and reduces oxygen consumption in the heart. Journal of Applied Physiology. 111, 1235-1241 (2011).
  22. Brown, M. B., et al. High-intensity interval training, but not continuous training, reverses right ventricular hypertrophy and dysfunction in a rat model of pulmonary hypertension. American Journal of Physiology Regulatory. Integrative and Comparative Physiology. 312, R197-R210 (2017).
  23. Hoshino, D., Yoshida, Y., Kitaoka, Y., Hatta, H., Bonen, A. High-intensity interval training increases intrinsic rates of mitochondrial fatty acid oxidation in rat red and white skeletal muscle. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 38, 326-333 (2013).
  24. Rahimi, M., et al. The effect of high intensity interval training on cardioprotection against ischemia-reperfusion injury in wistar rats. EXCLI Journal. 14, 237-246 (2015).
  25. Songstad, N. T., et al. Effects of High Intensity Interval Training on Pregnant Rats, and the Placenta, Heart and Liver of Their Fetuses. PLoS One. 10, e0143095 (2015).
  26. Motta, V. F., Aguila, M. B., Mandarim-De-Lacerda, C. A. High-intensity interval training (swimming) significantly improves the adverse metabolism and comorbidities in diet-induced obese mice. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 56 (5), 655-663 (2015).
  27. Pimenta, M., et al. High-intensity interval training beneficial effects on body mass, blood pressure, and oxidative stress in diet-induced obesity in ovariectomized mice. Life Sciences. , 75-82 (2015).
  28. Vieira, J. M., et al. Caffeine prevents changes in muscle caused by high-intensity interval training. Biomedicine and Pharmacotherapy. 89, 116-123 (2017).
  29. Price, N. L., et al. SIRT1 is required for AMPK activation and the beneficial effects of resveratrol on mitochondrial function. Cell Metabolism. 15, 675-690 (2012).
  30. Bains, R. S., et al. Assessing mouse behaviour throughout the light/dark cycle using automated in-cage analysis tools. Journal of Neuroscience Methods. 300, 37-47 (2018).
  31. Hanell, A., Marklund, N. Structured evaluation of rodent behavioral tests used in drug discovery research. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8 (252), (2014).
  32. Hopkins, M. E., Bucci, D. J. Interpreting the effects of exercise on fear conditioning: the influence of time of day. Behavioral Neuroscience. 124, 868-872 (2010).
  33. Hollinski, R., et al. Young and healthy C57BL/6 J mice performing sprint interval training reveal gender- and site-specific changes to the cortical bone. Scientific Reports. 8, 1529 (2018).
  34. Picoli, C. C., et al. Peak Velocity as an Alternative Method for Training Prescription in Mice. Frontiers in Physiology. 9 (42), (2018).
  35. Castro, B., Kuang, S. Evaluation of Muscle Performance in Mice by Treadmill Exhaustion Test and Whole-limb Grip Strength Assay. Bio-protocol. 7, (2017).
  36. Dougherty, J. P., Springer, D. A., Gershengorn, M. C. The Treadmill Fatigue Test: A Simple, High-throughput Assay of Fatigue-like Behavior for the Mouse. Journal of Visualized Experiments. , 111 (2016).
  37. Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Quinn, L. S. Assessment of murine exercise endurance without the use of a shock grid: an alternative to forced exercise. Journal of Visualized Experiments. 90, e51846 (2014).
  38. Aguiar, A. S., Speck, A. E., Amaral, I. M., Canas, P. M., Cunha, R. A. The exercise sex gap and the impact of the estrous cycle on exercise performance in mice. Scientific Reports. 8, 10742 (2018).
  39. Barbato, J. C., et al. Spectrum of aerobic endurance running performance in eleven inbred strains of rats. Journal of Applied Physiology. 85, 530-536 (1998).
  40. Nagasawa, T. Slower recovery rate of muscle oxygenation after sprint exercise in long-distance runners compared with that in sprinters and healthy controls. Journal of Strength and Conditioning Research. 27, 3360-3366 (2013).
  41. Arnold, J. C., Salvatore, M. F. Getting to compliance in forced exercise in rodents: a critical standard to evaluate exercise impact in aging-related disorders and disease. Journal of Visualized Experiments. (90), (2014).

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Cite This Article
Seldeen, K. L., Redae, Y. Z., Thiyagarajan, R., Berman, R. N., Leiker, M. M., Troen, B. R. Short Session High Intensity Interval Training and Treadmill Assessment in Aged Mice. J. Vis. Exp. (144), e59138, doi:10.3791/59138 (2019).

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