تعدد استخدامات بروتوكولات تدريب المقاومة وتقييمها باستخدام السلالم الثابتة والديناميكية في النماذج الحيوانية
Summary
يصف البروتوكول الحالي تدريب المقاومة واختبارها باستخدام سلالم ثابتة وديناميكية في النماذج الحيوانية.
Abstract
تدريب المقاومة هو نموذج تمرين بدني له فوائد عميقة للصحة طوال الحياة. يعد استخدام نماذج تمارين المقاومة طريقة لاكتساب نظرة ثاقبة للآليات الجزيئية الأساسية التي تنظم هذه التكيفات. الهدف من هذه المقالة هو وصف نماذج التمرين وبروتوكولات التدريب المصممة لتدريب القوة وتقييم المقاومة في النماذج الحيوانية وتقديم أمثلة. في هذه المقالة ، يعتمد تدريب القوة وتقييم المقاومة على نشاط تسلق السلم ، باستخدام سلالم ثابتة وديناميكية. تسمح هذه الأجهزة بمجموعة متنوعة من نماذج التدريب بالإضافة إلى توفير تحكم دقيق في المتغيرات الرئيسية التي تحدد تمرين المقاومة: الحجم والحمل والسرعة والتردد. علاوة على ذلك ، على عكس تمارين المقاومة في البشر ، هذا تمرين قسري. وبالتالي ، يجب تجنب المحفزات المكروهة في هذا التدخل للحفاظ على رفاهية الحيوان. قبل التنفيذ ، من الضروري وجود تصميم مفصل ، إلى جانب فترة التأقلم والتعلم. يعد التأقلم مع أجهزة التدريب ، مثل السلالم والأوزان والشريط السريري ، بالإضافة إلى التلاعب المطلوب ، ضروريا لتجنب رفض التمرين وتقليل الإجهاد. في الوقت نفسه ، يتم تعليم الحيوانات تسلق السلم ، وليس لأسفل ، إلى منطقة الراحة في الجزء العلوي من السلم. يمكن أن يميز تقييم المقاومة القوة البدنية ويسمح بتعديل وقياس حمل التدريب والاستجابة للتدريب. علاوة على ذلك ، يمكن تقييم أنواع مختلفة من القوة. فيما يتعلق ببرامج التدريب ، مع التصميم المناسب واستخدام الجهاز ، يمكن أن تكون متعددة الاستخدامات بما فيه الكفاية لتعديل أنواع مختلفة من القوة. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون مرنة بما يكفي لتعديلها اعتمادا على الاستجابة التكيفية والسلوكية للحيوانات أو وجود إصابات. في الختام ، يعد تدريب المقاومة وتقييمها باستخدام السلالم والأوزان طرقا متعددة الاستخدامات في الأبحاث الحيوانية.
Introduction
ممارسة الرياضة البدنية هي عامل نمط حياة محدد لتعزيز الصحة وتقليل الإصابة بالأمراض المزمنة الأكثر انتشارا وكذلك بعض أنواع السرطان لدى البشر1.
أثارت تمارين المقاومة الاهتمام بسبب أهميتها الساحقة للصحة طوال الحياة2 ، خاصة بسبب فوائدها في مواجهة الأمراض المرتبطة بالعمر التي تؤثر على الجهاز الحركي ، مثل ساركوبينيا وهشاشة العظام ، إلخ3. علاوة على ذلك ، تؤثر تمارين المقاومة أيضا على الأنسجة والأعضاء التي لا تشارك بشكل مباشر في تنفيذ الحركة ، مثل الدماغ4. وقد شجعت هذه الأهمية في السنوات الأخيرة على تطوير نماذج تمارين المقاومة في الحيوانات لدراسة الآليات الأساسية والجزيئية ، عندما لا يكون ذلك ممكنا في البشر أو عندما توفر الحيوانات رؤية أفضل وتكون نموذجا أكثر تحكما.
على عكس تمارين المقاومة في البشر ، يعتمد الباحثون عادة على النماذج الحيوانية على الإجراءات القسرية. ومع ذلك ، يجب تجنب المحفزات المكروهة في هذا السياق ، وذلك أساسا للحفاظ على رفاهية الحيوان ، والحد من التوتر ، وتقليل شدة الإجراءات التجريبية5. تجدر الإشارة إلى أن الحيوانات تستمتع بممارسة الرياضة حتى في البرية6. لهذه الأسباب ، من الضروري تحسين التكيف مع التجربة من خلال التأقلم التدريجي لفترات طويلة.
يجب أن تسمح الأجهزة والمواد والبروتوكولات المستخدمة في تدريب المقاومة وتقييمها في التجارب بالتحكم الدقيق وتعديل العديد من المتغيرات: الحمل والحجم والسرعة والتردد7. يجب أن تسمح أيضا بإجراء أنواع مختلفة من تقلصات العضلات: متحدة المركز أو غريبة الأطوار أو متساوية القياس. بالنظر إلى ما سبق ، يجب أن تكون البروتوكولات المستخدمة قادرة على التقييم أو التدريب على وجه التحديد لتطبيقات القوة المختلفة: القوة القصوى ، والتضخم ، والسرعة ، والقدرة على التحمل.
هناك عدة طرق لتدريب القوة ، مثل القفز في الماء 8,9 ، أو السباحة المرجحة في الماء 10 ، أو التحفيز الكهربائي للعضلات11. ومع ذلك ، فإن السلالم الثابتة والديناميكية هي أجهزة متعددة الاستخدامات تستخدم على نطاق واسع12،13،14.
يوفر تقييم المقاومة في النماذج الحيوانية التجريبية معلومات قيمة للعديد من إعدادات البحث ، مثل وصف الخصائص المظهرية للحيوانات المعدلة وراثيا ، وتقييم تأثير بروتوكولات التدخل المختلفة (مكملات المكونات الغذائية ، والعلاجات الدوائية ، وزرع الجراثيم ، وما إلى ذلك) ، أو تقييم تأثير بروتوكولات التدريب. توفر نماذج التدريب نظرة ثاقبة في فسيولوجيا التكيف مع تمارين القوة ، مما يساعد على فهم تأثير التمرين على الحالة الصحية والفيزيولوجيا المرضية بشكل أفضل.
وبالتالي ، لا يوجد بروتوكول عالمي لتدريب المقاومة أو التقييم الوظيفي للقوة في النماذج الحيوانية ، لذلك هناك حاجة إلى بروتوكولات متعددة الاستخدامات.
الهدف من هذه الدراسة هو تحديد العوامل الأكثر صلة التي يجب مراعاتها عند تصميم وتطبيق بروتوكول لتدريب المقاومة وتقييمها باستخدام سلالم ثابتة وديناميكية في النماذج الحيوانية ، بالإضافة إلى تقديم أمثلة محددة.
Protocol
Representative Results
Discussion
التدريب هو تدخل له تطبيقات متعددة في البحث ، بصرف النظر عن دراسة التمرين نفسه. وبالتالي ، فإن تحليل تأثيره على الشيخوخة20 أو بعض الحالات المرضية والعلاج الطبيعي21 قد حظي باهتمام كبير في السنوات الأخيرة. بالإضافة إلى ذلك ، قام العديد من المؤلفين بتحليل تأثير التدخل?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل وزارة الاقتصاد والمنافسة ، إسبانيا (DEP2012-39262 إلى EI-G و DEP2015-69980-P إلى BF-G). شكرا لفرانك ماكلويد هندرسون هيغينز من مركز ماكليود للغة الإنجليزية في أستورياس ، إسبانيا ، للمساعدة اللغوية.
Materials
| Dynamic ladder | in-house production | ||
| Elastic adhesive bandage 6 cm x 2.5 m | BSN medical | 4005556 | |
| Gator Clip Steel NON-INSUL 10A | Digikey electronics | BC60ANP | |
| Static ladder | in-house production | ||
| Weights | in-house production | ||
| Wire for holding weigths | in-house production |
References
- Pedersen, B. K., Saltin, B. Exercise as medicine – evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 25, 1-72 (2015).
- Westcott, W. L. Resistance training is medicine: effects of strength training on health. Current Sports Medicine Reports. 11 (4), 209-216 (2012).
- Garatachea, N., et al. Exercise attenuates the major hallmarks of aging. Rejuvenation Research. 18 (1), 57-89 (2015).
- Codina-Martinez, H., et al. Autophagy is required for performance adaptive response to resistance training and exercise-induced adult neurogenesis. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 30 (2), 238-253 (2020).
- 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: JoVE. (90), e51846 (2014).
- Meijer, J. H., Robbers, Y. Wheel running in the wild. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 281 (1786), 20140210 (2014).
- Suchomel, T. J., Nimphius, S., Bellon, C. R., Hornsby, W. G., Stone, M. H. Training for muscular strength: Methods for monitoring and adjusting training intensity. Sports Medicine. 51 (10), 2051-2066 (2021).
- Pousson, M., Perot, C., Goubel, F. Stiffness changes and fibre type transitions in rat soleus muscle produced by jumping training. Pflügers Archive. 419 (2), 127-130 (1991).
- Marqueti, R. C., et al. Biomechanical responses of different rat tendons to nandrolone decanoate and load exercise. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 21 (6), 91-99 (2011).
- Cunha, T. S., Tanno, A. P., Costa Sampaio Moura, M. J., Marcondes, F. K. Influence of high-intensity exercise training and anabolic androgenic steroid treatment on rat tissue glycogen content. Life Sciences. 77 (9), 1030-1043 (2005).
- Heinemeier, K. M., et al. Expression of collagen and related growth factors in rat tendon and skeletal muscle in response to specific contraction types. The Journal of Physiology. 582, 1303-1316 (2007).
- Hornberger, T. A., Farrar, R. P. Physiological hypertrophy of the FHL muscle following 8 weeks of progressive resistance exercise in the rat. Canadian Journal of Applied Physiology. 29 (1), 16-31 (2004).
- Yarasheski, K. E., Lemon, P. W., Gilloteaux, J. Effect of heavy-resistance exercise training on muscle fiber composition in young rats. Journal of Applied Physiology. 69 (2), 434-437 (1990).
- Khamoui, A. V., et al. Aerobic and resistance training dependent skeletal muscle plasticity in the colon-26 murine model of cancer cachexia. Metabolism. 65 (5), 685-698 (2016).
- Kregel, K. C., et al. Resource book for the design of animal exercise protocols. American Physiological Society. 152, (2006).
- Marino, G., et al. Autophagy is essential for mouse sense of balance. The Journal of Clinical Investigation. 120 (7), 2331-2344 (2010).
- Figueiredo, V. C., de Salles, B. F., Trajano, G. S. Volume for muscle hypertrophy and health outcomes: The most effective variable in resistance training. Sports Medicine. 48 (3), 499-505 (2018).
- Gentil, P., et al. Using velocity loss for monitoring resistance training effort in a real-world setting. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 43 (8), 833-837 (2018).
- Fernández-Sanjurjo, M., et al. Is physical performance (in mice) increased by Veillonella atypica or decreased by Lactobacillus bulgaricus. Journal of Sport and Health Science. 9 (3), 197-200 (2020).
- Shiguemoto, G. E., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase-2 activity and biomechanics and physical properties of bone in ovariectomized and intact rats. Scandivavian Journal of Medicine & Science in Sports. 22 (5), 607-617 (2012).
- de Sousa Neto, I. V., et al. Effects of resistance training on matrix metalloproteinase activity in skeletal muscles and blood circulation during aging. Frontiers in Physiology. 9, 190 (2018).
- Ghosh, S., Golbidi, S., Werner, I., Verchere, B. C., Laher, I. Selecting exercise regimens and strains to modify obesity and diabetes in rodents: an overview. Clinical Science. 119 (2), 57-74 (2010).
- Mônico-Neto, M., et al. Resistance training minimizes catabolic effects induced by sleep deprivation in rats. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 40 (11), 1143-1150 (2015).
- Hawley, J. A., Hargreaves, M., Joyner, M. J., Zierath, J. R. Integrative biology of exercise. Cell. 159 (4), 738-749 (2014).
- Booth, F. W., Laye, M. J., Spangenburg, E. E. Gold standards for scientists who are conducting animal-based exercise studies. Journal of Applied Physiology. 108 (1), 219-221 (1985).
- Kruger, K., et al. Functional and muscular adaptations in an experimental model for isometric strength training in mice. PLoS One. 8 (11), 79069 (2013).
- Hendrickse, P. W., Krusnauskas, R., Hodson-Tole, E., Venckunas, T., Degens, H. Endurance exercise plus overload induces fatigue resistance and similar hypertrophy in mice irrespective of muscle mass. Experimental Physiology. 105 (12), 2110-2122 (2020).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiology & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- Konhilas, J. P., et al. Loaded wheel running and muscle adaptation in the mouse. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 289 (1), 455-465 (2005).
- Reiter, A., et al. Functional measures of grip strength and gait remain altered long-term in a rat model of post-traumatic elbow contracture. The Journal of Biomechanical Engineering. , (2019).
- Stieglitz, T., Schuettler, M., Schneider, A., Valderrama, E., Navarro, X. Noninvasive measurement of torque development in the rat foot: measurement setup and results from stimulation of the sciatic nerve with polyimide-based cuff electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11 (4), 427-437 (2003).
- Seo, D. Y., et al. Humanized animal exercise model for clinical implication. Pflügers Archiv. 466 (9), 1673-1687 (2014).
- Tanaka, H., Swensen, T. Impact of resistance training on endurance performance. A new form of cross-training. Sports Medicine. 25 (3), 191-200 (1998).
- Hakkinen, K., Mero, A., Kauhanen, H. Specificity of endurance, sprint and strength training on physical performance capacity in young athletes. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 29 (1), 27-35 (1989).
- Vellers, H. L., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Inter-individual variation in adaptations to endurance and resistance exercise training: genetic approaches towards understanding a complex phenotype. Mammalian Genome. 29 (1), 48-62 (2018).
