Vlivy krátkého izokinetického excentrického silového tréninku na neuromuskulární adaptace

1.1 Úvod

Neuromuskulární a funkční změny vyvolané cvičením jsou specifické pro daný režim. Svalové adaptace vyvolané cvičením mohou být ovlivněny mechanickým napětím, subcelulárním poškozením a metabolickým stresem. Excentrická (ECC) kontrakce nastává, když vnější síla působící na sval převyšuje okamžitou sílu generovanou svalem. Výsledkem je, že síla svalu je dostatečná k překonání zátěže nebo odporu, který způsobuje prodloužení svalu. Ve srovnání s koncentrickými (CON) nebo izometrickými (ISO) kontrakcemi vyvolává ECC trénink větší mechanické namáhání a mikroleze ve svalech, což může vést k výraznějším svalovým adaptacím. Excentrické cvičení se tradičně provádí proti konstantní vnější zátěži nebo při konstantní rychlosti (izokineticky). V závislosti na typu tréninku to vytváří různé mechanické nároky, což vede k odlišným neuromuskulárním a svalově-šlachovým adaptačním mechanismům. Na rozdíl od ISO nebo CON svalových kontrakcí centrální nervový systém využívá odlišnou neuronální strategii k řízení kontrakce kosterního svalu. Různé úrovně aktivace mezi synergickými svaly během ECC kontrakcí ve srovnání s CON kontrakcemi a preferenční nábor rychlých motorických jednotek jsou dva příklady, jak je toto demonstrováno.

1.2 Formulace problému & zdůvodnění studie

Nastupující data naznačují, že obezita je spojena se svalovou slabostí a sníženou kvalitou svalů. Bylo prokázáno, že pravidelný odporový trénink (RT) zvyšuje maximální regenerační kapacitu svalu. Předpokládá se, že neuronální mechanismy primárně přispívají k počátečním (<2-4 týdny) ziskům ve svalové síle během odporového tréninku, následovaným adaptacemi ve svalové morfologii (>5-8 týdnů). Tento důkaz je však založen na kombinaci cvičení s ECC i CON kontrakcemi. Studie ukázaly, že ECC kontrakce vyvolává větší neuromuskulární adaptaci než CON kontrakce. Proto je ECC RT slibným přístupem pro osoby se svalovou slabostí, jako jsou obézní jedinci. Tudíž se předpokládá, že krátký progresivní excentrický izokinetický odporový trénink (ECCISO RT) zvýší neuromuskulární adaptace u netrénovaných obézních žen ve srovnání s koncentrickým izokinetickým odporovým tréninkem (CONISO RT).

2.0 Přehled literatury

2.1 Úvod

Vyšší prevalence muskuloskeletální bolesti, mechanického zatížení, špatné svalové kondice a dalších muskuloskeletálních problémů je spojena s obezitou. Flexory a extenzory dolních končetin jsou zodpovědné za rovnováhu, mobilitu a schopnost vykonávat každodenní úkoly. Síla a vytrvalost kosterních svalů jsou ovlivněny nadbytkem tukové hmoty (FM). Množství svalů v oblasti středního stehna je přibližně 2,5krát větší než množství tukové hmoty; nicméně obézní lidé mají více intra- a intermuskulárního tuku, tuku mezi svalovými buňkami, což má nepříznivý vliv na produkci síly a funkční nezávislost. Schopnost kosterního svalu produkovat sílu může být použita k hodnocení funkční kapacity svalu. Schopnost vyvinout sílu, absolutní síla, je nezbytná pro vykonávání každodenních úkolů. Bylo prokázáno, že obézní lidé mají vyšší absolutní maximální volní kontrakční (MVC) točivé momenty než lidé s normální hmotností. Nicméně mají také nižší svalovou sílu vzhledem k tělesné hmotnosti a beztukové hmotě (FFM).

2.2 Vliv obezity na složení a sílu kosterního svalstva

Ačkoli celková svalová hmota je vyšší u osob s nadváhou a obezitou, relativní svalová síla osob s nadváhou a obezitou je výrazně nižší než u zdravých lidí, což může vést ke snížení fyzické funkce. Obezita může zvýšit absolutní sílu a výkonnost váhonosných svalů dolních končetin v důsledku zvýšené poptávky (Marte Johannson, 2021). Avšak když jsou produkce síly a výkon normalizovány na celkovou tělesnou hmotnost, je pozorován pokles s vyšším BMI, což vede ke snížené kvalitě svalů a odolnosti proti únavě. Navíc negativní vliv metabolických adaptací závislých na tukové tkáni, jako je oxidační stres, zánět a inzulínová rezistence, poškozuje metabolismus svalové hmoty.

Podíl svalových vláken se u obézních jedinců liší. Existuje pozitivní asociace mezi tělesnou tukovostí a poměrem svalových vláken typu II, přičemž u osob s nadváhou je hlášen vyšší obsah vláken typu IIX. Svalová vlákna typu II mají často menší počet mitochondrií, myoglobinu a kapilár než pomalá vlákna, což je činí náchylnějšími k únavě. Vlákna typu IIX (také známá jako typ IIB) generují maximální sílu; jsou však vysoce neefektivní kvůli vysoké aktivitě myosinové ATPázy, nízké oxidační kapacitě a závislosti na anaerobním metabolismu. Vlákna typu IIA, běžně nazývaná intermediární svalová vlákna, kombinují vlákna typu I a IIX s ekvivalentním napětím. Tato vlákna, která mohou využívat jak aerobní, tak anaerobní zdroje energie, mají větší oxidační kapacitu a unavují se pomaleji než vlákna typu IIX. Zvýšený podíl svalů typu II je spojen se zvýšeným (a) inzulínovou rezistencí, (b) rizikem hyperinzulinémie, (c) sníženou odolností proti únavě/tolerancí zátěže, (d) vytrvalostí a (e) mobilitou.

Jak lidské, tak zvířecí studie zjistily, že svalová vlákna typu II (zejména IIx) jsou náchylnější k poškození po ECC aktivitě – zvýšený počet vláken typu IIx a sedavý způsob života jsou spojeny s větším svalovým poškozením u osob s nadváhou při ECC tréninku. Jediná dávka vysokosílového ECC cvičení zvyšuje obsah a aktivační stav satelitních buněk (SCs) svalových vláken u typu II. SCs jsou nezbytné pro růst, opravu a regeneraci kosterní svalové tkáně. Proto je ECC trénink slibnou cvičební technikou pro osoby s omezením fyzické funkce, včetně osob s nadváhou a obezitou.

2.3 Účinky excentrického odporového tréninku na neuromuskulární adaptaci

Ve srovnání s tradičním (CON) cvičením výrazně zvyšuje ECC cvičební trénink svalovou sílu. Zisky svalové síly v ECC tréninku jsou pravděpodobně přičitatelné kombinaci neurologických, morfologických a anatomických faktorů. Studie ukázaly, že ECC kontrakce vyvolává větší neuromuskulární adaptaci než CON kontrakce. Ačkoli nedávná metaanalýza nenašla statisticky významné rozdíly v ziscích síly mezi ECC a CON tréninkem, ECC cvičební trénink také ukázal trend k větším zlepšením v CON síle než CON cvičení. To demonstruje režimovou specificitu neuromuskulárních a funkčních adaptací způsobených ECC cvičením. ECC trénink zvýšil povrchovou elektromyografickou (EMG) aktivitu během kontrakcí, ale ne během CON kontrakcí. Nicméně byly hlášeny protichůdné výsledky. Předpokládá se, že elektrická stimulace svalu je reprezentována maximální EMG (tj. špičkovými hodnotami střední kvadratické hodnoty [RMS] a integrovaným napětím z EMG [iEMG]) po tréninku (Douglas et al., 2017). To je ovlivněno množstvím a velikostí (tj. vlákny typu I vs. typu II) rekrutovaných motorických jednotek, frekvencí výboje motorických jednotek a synchronií motorických jednotek.

Několik studií zjistilo, že ECC RT zlepšuje svalový výkon, měřený primárně variantami skoků dolní části těla. Zdraví, trénovaní muži (N=24) byli náhodně rozděleni do skupin: ECC RT (n=12) a CON RT (n=12). Maximální volní izometrická kontrakce (MVCISO) kvadricepsů, vertikální skoky a vícekanálové povrchové EMG signály byly měřeny před a po RT. Surové EMG signály byly použity k výpočtu rychlosti vedení svalových vláken (MFCV) a střední kvadratické hodnoty (RMS). Po ECC RT došlo ve srovnání s CON RT ke statisticky významnému zvýšení procent vertikálních skoků a MVCISO. Podobně ECC RT zvýšil EMG MFCV a RMS více než koncentrické cvičení.

Dvacet zdravých mužských subjektů podstoupilo 12 týdnů ECCISO RT na izokinetickém dynamometru a neuromuskulární hodnocení extenzorů kolena bylo prováděno každé 4 týdny. ECCISO RT zahrnoval 3 série po 10 opakováních během týdnů 1-4, 4 série v týdnech 5-8 a 5 sérií v týdnech 9-12. Mezi sériemi byla dodržována 1minutová přestávka. Byly pozorovány významná zlepšení ve svalové síle [PTECC (29 %), PTISO (24 %) & PTCON (15 %)], elektromyografické aktivitě [ΣEMGECC (33 %), EMGISO (29 %)] a svalové hmotě [Tloušťka svalu extenzoru kolena (ΣMT 10 %) a anatomická průřezová plocha rectus femoris (ACSA rf 19 %)] po tréninku. ECC a ISO aktivace se zvýšila v 4. a 8. týdnu tréninku, zatímco CON aktivace se nezměnila. Tyto zjištění naznačují, že proporcionální zvýšení neuronální aktivace a svalové hmoty odpovídá za zisky síly ECC a ISO během 8 tréninkových týdnů, zatímco jiné procesy se zdají být zapojeny do přírůstků v posledních 4 tréninkových týdnech. Mezitím relativní zvýšení PTCON bylo zanedbatelné a nesouviselo s neuronální adaptací po ECCISO RT.

Synergistické svaly vykazují odlišné morfologické a neurofyziologické adaptace v reakci na ECCISO RT. Zdraví muži (N=20) byli hodnoceni pro neuronální a svalovou adaptaci v vastus medialis (VM) a vastus lateralis (VL) po progresivním ECCISO RT po dobu 12 týdnů. Morfologické a neuronální adaptace byly hodnoceny pomocí ultrazvukových měření tloušťky svalů VL a VM v klidu a elektromyografických měření během MVCISO. Po tréninku se tloušťka obou svalů významně zvýšila (VL: 6,9 %; VM: 15,8 %). Nicméně došlo k významnému zvýšení svalové aktivity u VM (47,8 %; p = 0,003), ale ne u VL (19,8 %).

2.4 Závěr

Rané nepříznivé účinky excentrického cvičení zahrnují subcelulární svalové poranění, nepohodlí, sníženou dráždivost vláken a počáteční svalové oslabení. Efektivním stimulem pro vyvolání fyziologických a neuronálních tréninkových reakcí je protažení a přetížení, jako při excentrických kontrakcích. Zlepšení svalové funkce je výsledkem adaptací vyvolaných excentrickým cvičením, včetně růstu svalů, zvýšené kortikální aktivity a modifikací v chování motorických jednotek.