Muscle activation patterns in the Nordic hamstring exercise: Impact of prior strain injury

This study aimed to determine: 1) the spatial patterns of hamstring activation during the Nordic hamstring exercise (NHE); 2) whether previously injured hamstrings display activation deficits during the NHE, and; 3) whether previously injured hamstrings exhibit altered cross-sectional area. Ten healthy, recreationally active males with a history of unilateral hamstring strain injury underwent functional magnetic resonance imaging (fMRI) of their thighs before and after 6 sets of 10 repetitions of the NHE. Transverse (T2) relaxation times of all hamstring muscles (biceps femoris long head, (BFlh); biceps femoris short head (BFsh); semitendinosus (ST); semimembranosus (SM)), were measured at rest and immediately after the NHE and cross-sectional area (CSA) was measured at rest. For the uninjured limb, the ST’s percentage increase in T2 with exercise was 16.8, 15.8 and 20.2% greater than the increases exhibited by the BFlh, BFsh and SM, respectively (p<0.002 for all). Previously injured hamstring muscles (n=10) displayed significantly smaller increases in T2 post-exercise than the homonymous muscles in the uninjured contralateral limb (mean difference -7.2%, p=0.001). No muscles displayed significant between limb differences in CSA. During the NHE, the ST is preferentially activated and previously injured hamstring muscles display chronic activation deficits compared to uninjured contralateral muscles.

Validity of the OMNI rating of perceived exertion scale for children and adolescents with cerebral palsy

Aim This study evaluated the validity of the OMNI Walk/Run Rating of Perceived Exertion (OMNI-RPE) scores with heart rate and oxygen consumption (VO2) for children and adolescents with cerebral palsy (CP). Method Children and adolescents with CP, aged 6 to 18 years and Gross Motor Function Classification System (GMFCS) levels I to III completed a physical activity protocol with seven trials ranging in intensity from sedentary to moderate-to-vigorous. VO2 and heart rate were recorded during the physical activity trials using a portable indirect calorimeter and heart rate monitor. Participants reported OMNI-RPE scores for each trial. Concurrent validity was assessed by calculating the average within-subject correlation between OMNI-RPE ratings and the two physiological indices. Results For the correlational analyses, 48 participants (22 males, 26 females; age 12y 6mo, SD 3y 4mo) had valid bivariate data for VO2 and OMNI-RPE, while 40 participants (21 males, 19 females; age 12y 5mo, SD 2y 9mo) had valid bivariate data for heart rate and OMNI-RPE. VO2 (r=0.80; 95% CI 0.66–0.88) and heart rate (r=0.83; 95% CI 0.70–0.91) were moderately to highly correlated to OMNI-RPE scores. No difference was found for the correlation of physiological data and OMNI-RPE scores across the three GMFCS levels. The OMNI-RPE scores increased significantly in a dose-response manner (F6,258=116.1, p<0.001) as exercise intensity increased from sedentary to moderate-to-vigorous. Interpretation OMNI-RPE is a clinically feasible option to monitor exercise intensity in ambulatory children and adolescents with CP.

The use of metabolomics to monitor simultaneous changes in metabolic variables following supramaximal low volume high intensity exercise

High Intensity Exercise (HIE) stimulates greater physiological remodeling when compared to workload matched low-moderate intensity exercise. This study utilized an untargeted metabolomics approach to examine the metabolic perturbations that occur following two workload matched supramaximal low volume HIE trials. In a randomized order, 7 untrained males completed two exercise protocols separated by one week; 1) HIE150%: 30 x 20s cycling at 150% VO2peak, 40s passive rest; 2) HIE300%: 30 x 10s cycling at 300% VO2peak, 50 s passive rest. Total exercise duration was 30 minutes for both trials. Blood samples were taken at rest, during and immediately following exercise and at 60 minutes post exercise. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis of plasma identified 43 known metabolites of which 3 demonstrated significant fold changes (HIE300% compared to the HIE150% value) during exercise, 14 post exercise and 23 at the end of the recovery period. Significant changes in plasma metabolites relating to lipid metabolism [fatty acids: dodecanoate (p=0.042), hexadecanoate (p=0.001), octadecanoate (p=0.001)], total cholesterol (p=0.001), and glycolysis [lactate (p=0.018)] were observed following exercise and during the recovery period. The HIE300% protocol elicited greater metabolic changes relating to lipid metabolism and glycolysis when compared to HIE150% protocol. These changes were more pronounced throughout the recovery period rather than during the exercise bout itself. Data from the current study demonstrate the use of metabolomics to monitor intensity-dependent changes in multiple metabolic pathways following exercise. The small sample size indicates a need for further studies in a larger sample cohort to validate these findings.

The efficiency of bounding vampires

Vampire bats, Desmodus rotundus, must maximize their feeding cycle of one blood meal per day by being efficient in the stalking and acquisition of their food. Riskin and Hermanson documented the running gait of the common vampire bat and observed they were efficient at running speeds, using longer stride lengths and thus decreased stride frequency. We obtained preliminary data on gait maintained for up to 10 minutes on a moving treadmill belt at speeds ranging from 0.23 to 0.74 m/s, which spanned a range from walking to running gaits. Bats tended to transition between gaits at about 0.40 m/s. Fourteen bats were studied and included four that were able to walk or run for 10 minutes. There was no significant change in either stride duration or frequency associated with an increase in speed. We estimated O2 consumption and CO2 production both before and 5 minutes after exercise, and found that O2 consumption increased 1 minute and 5 minutes after exercise. CO2 levels increased significantly 1 minute after exercise, but tended back towards pre-exercise level 5 minutes after exercise. Two bats were tested for blood O2, CO2 and pH levels. Interestingly, pH levels fell from 7.3 to about 7.0, indicating lactate accumulation.

Evaluation of relative growth limitation due to depletion of glucose and oxygen during fungal growth on a spherical solid particle

A mathematical model for glucose and oxygen consumption, and cell growth during fungal growth on a single solid particle is developed. A moving biofilm is assumed to be present on the surface of the solid particle. Initially only glucose is assumed to be growth limiting and later oxygen transferred from the gas phase on to the biofilm is also assumed to be growth limiting. Glucose is found to be severely growth limiting when assumed to be the only growth limiting factor and its limiting levels far less severe when oxygen limitation is also included. The objective of the model is to gain a better understanding of the mass transfer and relative growth limiting characteristics of glucose and oxygen in fungal growth systems. The results obtained from the model proposed here will be the subject of future work.

Effects of macrobenthos on sediment-water oxygen and ammonium fluxes. Final Report.

Sediments are an important location in determining the fate of nutrients entering the estuary. Role of sediments needs to be incorporated into water quality models. Purpose of this study was to estimate the portion of sediment oxygen consumption (SOC) and sediment ammonium (NH4+) release directly attributable to benthic invertebrates via the respiratory use of oxygen and catabolic release of ammonium. Samples were collected at 8 locations from August 1985 through November 1988. (PDF contains 45 pages)

Estudo da bioenergética mitocondrial de cardiomiócitos de camundongos obesos

A obesidade é uma doença crônica, resultante do excesso de gordura no organismo. O aumento da obesidade no mundo, tem se revelado como um dos fenômenos clínicos e epidemiológicos da atualidade. Estudos populacionais e em modelos animais demonstram que a origem da epidemia da obesidade está relacionada a fatores genéticos, modificações de hábitos nutricionais, redução da atividade física, e alterações nutricionais durante a lactação, desempenhando um papel relevante no desenvolvimento da obesidade, DM2 e cardiomiopatias. As mitocôndrias são os coordenadores centrais do metabolismo energético, assim, alterações funcionais e estruturais dessa organela têm sido associadas à desordens metabólicas. Elas exercem um papel na sobrevivência e função dos cardiomiócitos devido à alta demanda energética do miocárdio. Desta forma, disfunções mitocondriais estão relacionadas com disfunções no miocárdio e conseqüente progressão de cardiomiopatias. Neste estudo, avaliamos a bioenergética e a ultraestrutura de cardiomiócitos de camundongos obesos e controle hiperalimentados durante a lactação. O consumo de oxigênio das fibras cardíacas foi avaliado por respirometria de alta-resolução, utilizando um oxígrafo-2K-Oroboros. A ultraestrutura dos cardiomiócitos foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão e o conteúdo das proteínas Carnitina palmitoil transferase 1 (CPT1), Proteína desacopladora 2 (UCP2) , Transportador de glicose 1 e 4 (GLUT1) e (GLUT4), Proteína Kinase ativada por AMP (AMPK) e Proteína kinase ativada por AMP fosforilada p(AMPK) por Western blotting (WB). Além disso, o peso dos animais, a gordura retroperitoneal, epididimal e a glicemia em jejum foram determinadas. Nossos resultados confirmaram que os animais do grupo hiperalimentados (GH), aos 90 dias de vida, apresentaram aumento da massa corporal, de gordura epididimária e retroperitoneal comparado ao grupo controle (GC). As taxas respiratórias foram semelhantes nos dois grupos quando foram utilizados os substratos dos complexos I e II. Entretanto, quando o ácido graxo palmitoil-L-carnitina foi utilizado, a taxa respiratória máxima do GH foi significativamente menor. A análise ultraestrutural dos cardiomiócitos do GH demonstrou intenso dano na matriz mitocondrial e maior presença de gotículas de lipídios, caracterizando deposição ectópica. Os resultados do WB mostraram aumento significativo do conteúdo de CPT1 e UCP2 no GH comparado ao GC. Não foram encontradas diferenças significativas no conteúdo de GLUT1 entre os grupos, entretanto, observamos maior conteúdo do GLUT4 no GH. Além disso, encontramos maior conteúdo de AMPK no GH, ao passo que o conteúdo de pAMPK foi semelhante entre os grupos. Entretanto, a razão pAMPK/AMPK é significativamente menor no GH. Esses resultados sugerem que a hiperalimentação durante a lactação leva a obesidade na vida adulta com alterações na bioenergética e ultraestrutura dos cardiomiócitos.

Via L-arginina-óxido nítrico e insuficiência cardíaca: associação ao condicionamento físico

A insuficiência cardíaca (IC) é uma síndrome clínica de elevada incidência e com um prognóstico ruim a longo prazo. Ela é a via final comum da maioria das doenças que acometem o coração, sendo um dos mais importantes desafios clínicos na área da saúde. O óxido nítrico (NO) representa, por intermédio de sua influência sobre o endotélio e as plaquetas, um importante papel na regulação da homeostase vascular. Este gás de meia-vida curta é sintetizado a partir do aminoácido L-arginina, pela enzima NO sintase (NOS), levando à produção de guanosina monofosfato cíclica (GMPc). Estudos mostram que anormalidades na biodisponibilidade de NO em plaquetas podem contribuir para eventos trombóticos, não tendo sido ainda avaliada na IC. Na primeira parte do estudo, o objetivo foi investigar o efeito da IC na atividade e na expressão da NOS em plaquetas, no conteúdo intraplaquetário de GMPc, na agregação plaquetária, além dos parâmetros antropométricos e da composição corporal, das variáveis bioquímicas, dos aminoácidos plasmáticos, do estresse oxidativo (plasma e plaquetas) e da concentração sistêmica de marcadores inflamatórios em 15 pacientes com IC e 15 controles saudáveis. Na segunda parte do estudo, objetivou-se avaliar os efeitos do treinamento físico (TF) regular nessas mesmas variáveis (exceto a expressão da NOS) e nas variáveis hemodinâmicas e respiratórias. Para tal, foram avaliados 15 pacientes com IC que se mantiveram sedentários e 15 pacientes com IC que realizaram 30 minutos de atividade física aeróbia e treinamento contraresistência muscular localizada com pesos livres e máquinas, três vezes por semana, durante 24 semanas. Os resultados da primeira etapa do estudo demonstraram hiperagregabilidade plaquetária induzida tanto por colágeno como por ADP, com aumento do estresse oxidativo, da atividade basal da NOS e da concentração de GMPc, estando os níveis plasmáticos de L-arginina em pacientes com IC diminuído. A expressão da iNOS, estava aumentada em plaquetas de pacientes com IC em relação aos controles saudáveis.Também foi observado aumento da resposta inflamatória, com maiores níveis sistêmicos de proteína C reativa, fibrinogênio, interleucina-6 e fator de necrose tumoral α. Após o período de TF, houve aumento do VO2 máximo e a agregação plaquetária induzida tanto por colágeno quanto por ADP estava diminuída. Ocorreu um aumento dos níveis plasmáticos de L-arginina e, uma redução da atividade da NOS após o TF. Em relação ao estresse oxidativo, tanto a produção sistêmica, quanto a intraplaquetária de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARs) e a carbonilação diminuíram na presença da atividade aumentada das enzimas superóxido dismutase (SOD) e da catalase após o TF. Houve uma diminuição da resposta inflamatória, uma diminuição do colesterol total, do LDL e dos triglicerídeos e um aumento do HDL, após oTF. Nossos resultados sugerem que o TF tem efeitos antioxidantes, anti-inflamatórios e antiagregantes, que parece ser independente da produção de NO, sendo uma importante ferramenta não farmacológica no tratamento da IC

Efeito dos exercícios resistidos sobre a função endotelial, parâmetros hemodinâmicos e metabólicos, modulação autonômica, biomarcadores inflamatórios, composição corporal e condicionamento físico de adolescentes obesos

Introdução - O exercício aeróbio é considerado uma ferramenta eficaz na redução de fatores de risco cardiometabólico e na melhora da qualidade de vida em adolescentes obesos. No entanto, os benefícios de um programa exclusivo com exercícios resistidos (ER) ainda não foram estabelecidos nesta população. Objetivo - Avaliar o efeito de um programa exclusivo com ER sobre a função endotelial, parâmetros hemodinâmicos e metabólicos, modulação autonômica, biomarcadores inflamatórios, composição corporal e condicionamento físico de adolescentes obesos. Materiais e Métodos - Quarenta adolescentes participaram do estudo e foram divididos em dois grupos de acordo com o nível de adiposidade: grupo controle (C, n = 20; 13 meninos e 7 meninas) e grupo obeso (Ob; n=24; 7 meninos e 17 meninas). O grupo Ob foi submetido a um programa de ER, três vezes por semana, durante três meses. A função endotelial, o perfil metabólico e hemodinâmico, a modulação autonômica, os biomarcadores inflamatórios, a composição corporal e o condicionamento físico foram avaliados antes e ao final da intervenção. Na investigação de nossa hipótese utilizamos: laser-Doppler fluxometria, análises bioquímicas e de células endoteliais circulantes, monitorização da pressão arterial ambulatorial, variabilidade da frequência cardíaca (Polar), densitometria com dupla emissão de raios X, análise de força muscular em aparelho isocinético e teste cardiopulmonar de exercício submáximo em cicloergômetro. Resultados - Após três meses de intervenção exclusiva com ER observamos uma melhora na vasodilatação endotélio-dependente (P<0,05) e uma redução na pressão arterial sistólica (P<0,01), diastólica (P<0,01) e média (P<0,01), independentes de alterações no peso corporal. Adicionalmente, também observamos redução na frequência cardíaca (FC) de repouso (P<0,01), aumento na variabilidade da FC (P<0,01) e na atividade parasimpática (P<0,05). Observamos também redução na circunferência da cintura (P<0,001), na relação cintura/quadril (P<0,001), no percentual de gordura total (P<0,01), troncular (P<0,01) e de distribuição andróide (P<0,01). Os níveis de fibrinogênio (P<0,05), endotelina-1(P<0,05) e de insulina (P<0,01), e o índice HOMA-IR (P<0,05) foram menores após intervenção. Após a intervenção proposta houve redução na incidência de síndrome metabólica (16,6 vs. 0%) nos adolescentes obesos. Além disso, os estes adolescentes aumentaram a força muscular (P<0,05) e reduziram o consumo de oxigênio, a produção de gás carbônico, a ventilação e o dispêndio energético (P <0,01) durante o teste cardiopulmonar de exercício submáximo. Conclusões - Um treinamento exclusivo com ER resultou em benefícios cardiovasculares, metabólicos e na composição corporal e condicionamento físico de adolescentes obesos, independente de alterações no peso corporal. Nossos resultados sugerem que a prática de ER foi capaz de reduzir fatores de risco cardiovascular em adolescentes com obesidade.

Aspectos da condição aeróbica e da flexibilidade em futebolistas profissionais e em participantes de programas de exercício supervisionado

As melhorias funcionais após uma rotina regular de exercícios físicos nem sempre se traduzem em uma idêntica melhoria da condição aeróbica (AER). O objetivo foi identificar se uma rotina regular de exercícios é capaz de manter ou atenuar a queda do condicionamento aeróbico e funcional, bem como se a diferença nas melhorias nestas variáveis, em indivíduos idosos, pode ser explicada por variações em flexibilidade e força/potência muscular. No primeiro estudo, 176 jogadores profissionais de futebol foram divididos em tercis em relação à idade. Obtivemos o consumo de oxigênio (VO2) e frequência cardíaca (FC), além do perfil de flexibilidade global utilizando o Flexiteste (FLX). Dados de pré-temporada (2005-2011) dos tercis extremos (n=54), mais jovem (17-22 anos) e mais velhos (27-36 anos), foram comparados. Os efeitos do envelhecimento foram avaliados pela comparação do VO2, da FC e de regressões lineares de FLX versus valores previstos para a idade. Os resultados foram semelhantes para VO2max, 62,76,1 vs 63,26,2 mL.(kg.min)-1, (p=0,67), e para FLX, 435,9 vs 416,0, respectivamente (p=0,11), o tercil mais jovem apresentou valores mais altos de FCmáx, 1948,1 vs 1898,8 bpm, (p<0,01). Os jogadores não apresentaram a diminuição prevista no VO2max, enquanto FCmax e FLX diminuiram. No segundo estudo utilizou-se dados de 144 pacientes com idade de 6212 anos submetidos a testes de FLX, força/potência muscular e cardiopulmonar de exercício máximo em cicloergômetro de membros inferiores, após pelo menos 3 meses de participação em um programa de exercício supervisionado (PES). A correlação de Pearson foi calculada para avaliar as associações entre a diferença nas melhorias funcional e aeróbica (DEMFA) e as variações de FLX, força de preensão manual (FPM) e potência muscular (POT) e também entre os valores da primeira avaliação de AER e capacidade funcional (FUN) e as respectivas melhorias e o DEMFA. Após uma média de 32 meses de PES, houve aumento da FLX em 11,6% (p<0,01) e da POT em 14,7% (p<0,01), ajustadas para a idade, com preservação da FPM (p=0,47). Houve uma relação inversa entre os resultados da primeira avaliação e a melhoria AER (r=-0,28; p<0,01). Considerando os valores previstos, a AER aumentou menos do que a FUN - 21% versus 25% (p<0,01). A melhoria na FLX associou-se ao DEMFA (r=0,24; p<0,01). Assim, os estudos mostraram: a) ao manter uma rotina regular de exercícios, principalmente aeróbicos, o VO2 não reduz com a idade em futebolistas entre os 16 e 36 anos, apesar de uma redução na FCmax. b) a participação regular em um PES proporciona melhorias de componentes da aptidão física de pacientes promovendo a restauração dos resultados para equivalentes aos previstos para indivíduos saudáveis. c) uma melhoria da FLX contribui para uma maior melhoria da FUN do que da AER

Feeding metabolism in an Indian major carp (Catla catla Lin.) fed on different protein diets

Feeding metabolism in an Indian major carp, Catla catla fingerlings of 10.8+0.56g was investigated in a flow-through water recirculating system. The metabolic energy loss in resting metabolism and feeding metabolism were determined by the indirect method of oxygen consumption followed by multiplication by suitable oxycalorific coefficient. This was done in four metabolic chambers of a respirometer system. Ten fish fingerlings of mean total weight of 109.5, 110.4 and 112.8g/chambers respectively each in two experimental runs of three treatments a, b and c were used. The mean resting metabolic rate during unfed condition showed no significant variation in different treatments. The fish in three treatments a, b and c fed on diets containing 28, 33 and 38% crude protein had significantly different (p<0.05) post-fed SDA magnitude of 497.7, 638.7 and 735.5 mgO2/chamber/day having an equivalent energy loss of 12.68, 14.68 and 15.86 KJ respectively. The SDA co-efficient in three treatments a, b and c were 14.95, 19.00 and 22.36% respectively whereas, respiratory energy - 'R' as % of mean total ingested energy in three treatments were 26.93, 31.17 and 34.74% respectively showing a significant increase (p<0.05) with increase of protein. Feeding metabolism in an Indian major carp (Catla catla Lin.) fed on different protein diets.

Physiological and immune responses of zhikong scallop Chlamys farreri to the acute viral necrobiotic virus infection

The Zhikong Scallop, Chlamys farreri, is one of the most Important bivalve mollusks cultured in northern China However, mass mortality of the cultured C farreri has posed a serious threat to the maricultural Industry in recent years. Acute Viral Necrobiotic Virus (AVNV) is believed as an important etiological agent causing the scallop mass mortalities To understand the mechanism behind the AVNV associated scallop disease and mortality, we assessed the physiological and immune responses of C farreri to the virus infection using oxygen consumption rate, ammonium-nitrogen excretion rate, hemocyte copper, zinc superoxide dismutase gene expression, and plasma superoxide dismutase activity and alkaline phosphatase activity as indicators Scallops challenged by AVNV at 25 C developed typical disease signs 2 days after virus injection Before the disease manifested, scallop oxygen consumption and NH4+-N excretion rates rose and then fell back. Real-time PCR revealed that the hemocyte cytosol Cu, Zn SOD gene expression was upregulated followed by recovery The plasma SOD activity, however, augmented consistently following virus injection Moreover, plasma AKP activity first lowered and then elevated gradually to the highest level at 24 h post virus injection Scallops challenged by AVNV at 17 degrees C neither developed notable disease nor showed obvious responses that could be associated with the virus infection. While the results suggested a correlation between the elevated seawater temperature and the AVNV infection associated C farreri mortalities, they also indicated that the viral infection provoked multiple physiological and immune responses in the host scallops (C) 2010 Elsevier Ltd All rights reserved

The effect of 2 weeks vitamin C supplementation on immunoendocrine responses to 2.5 h cycling exercise in man

Davison G, Gleeson M, 2006. The effect of 2 weeks vitamin C supplementation on immunoendocrine responses to 2.5 h cycling exercise in man. European Journal of Applied Physiology 97(4): 454-461 RAE2008

Influence of acute vitamin C and/or carbohydrate ingestion on hormonal, cytokine, and immune responses to prolonged exercise

Davison, G. and Gleeson, M. (2005). Influence of Acute Vitamin C and/or Carbohydrate Ingestion on Hormonal, Cytokine, and Immune Responses to Prolonged Exercise. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism. 15(5), pp.465-479 RAE2008

New phosphorescence based probes and techniques for the analysis of cellular oxygen and respiration

Real time monitoring of oxygenation and respiration is on the cutting edge of bioanalysis, including studies of cell metabolism, bioenergetics, mitochondrial function and drug toxicity. This thesis presents the development and evaluation of new luminescent probes and techniques for intracellular O2 sensing and imaging. A new oxygen consumption rate (OCR) platform based on the commercial microfluidic perfusion channel μ-slides compatible with extra- and intracellular O2 sensitive probes, different cell lines and measurement conditions was developed. The design of semi-closed channels allowed cell treatments, multiplexing with other assays and two-fold higher sensitivity to compare with microtiter plate. We compared three common OCR platforms: hermetically sealed quartz cuvettes for absolute OCRs, partially sealed with mineral oil 96-WPs for relative OCRs, and open 96-WPs for local cell oxygenation. Both 96-WP platforms were calibrated against absolute OCR platform with MEF cell line, phosphorescent O2 probe MitoXpress-Intra and time-resolved fluorescence reader. Found correlations allow tracing of cell respiration over time in a high throughput format with the possibility of cell stimulation and of changing measurement conditions. A new multimodal intracellular O2 probe, based on the phosphorescent reporter dye PtTFPP, fluorescent FRET donor and two-photon antennae PFO and cationic nanoparticles RL-100 was described. This probe, called MM2, possesses high brightness, photo- and chemical stability, low toxicity, efficient cell staining and high-resolution intracellular O2 imaging with 2D and 3D cell cultures in intensity, ratiometric and lifetime-based modalities with luminescence readers and FLIM microscopes. Extended range of O2 sensitive probes was designed and studied in order to optimize their spectral characteristics and intracellular targeting, using different NPs materials, delivery vectors, ratiometric pairs and IR dyes. The presented improvements provide useful tool for high sensitive monitoring and imaging of intracellular O2 in different measurement formats with wide range of physiological applications.