Effekter af kortvarig isokinetisk excentrisk modstandstræning på neuromuskulært inducerede tilpasninger

1.1 Introduktion

Træningsinducerede neuromuskulære og funktionelle ændringer er modusspecifikke. Træningsinducerede muskulære tilpasninger kan være påvirket af mekanisk spænding, subcellulære skader og metabolisk stress. Excentrisk (ECC) kontraktion opstår, når den ydre kraft, der udøves på musklen, overstiger den momentane kraft, som musklen genererer. Som følge heraf er muskelstyrken tilstrækkelig til at overvinde belastningen eller modstanden, der får musklen til at forlænge. Sammenlignet med koncentriske (CON) eller isometriske (ISO) kontraktioner fremkalder ECC-træning større mekanisk belastning og mikrolæsioner i musklerne, hvilket kan føre til mere udtalte muskulære tilpasninger. ECC-træning udføres traditionelt mod en konstant ydre belastning eller med en konstant hastighed (isokinetisk). Afhængigt af træningstypen producerer dette varierende mekaniske krav, hvilket resulterer i forskellige neuromuskulære og muskel-sene tilpasningsmekanismer. I modsætning til ISO- eller CON-muskelkontraktioner anvender centralnervesystemet en distinkt neural strategi til at styre skelettmuskelkontraktion. Forskellige aktiveringsniveauer blandt synergistiske muskler under ECC-kontraktioner sammenlignet med CON-kontraktioner og den foretrukne rekruttering af hurtigt-trækkende motoriske enheder er to eksempler på, hvordan dette demonstreres.

1.2 Problemformulering og studiebegrundelse

Ny data tyder på, at fedme er forbundet med muskelsvaghed og reduceret muskelkvalitet. Regelmæssig modstandstræning (RT) har vist sig at forbedre en muskels maksimale regenerationskapacitet. Det menes, at neurale mekanismer primært bidrager til de indledende (<2-4 uger) gevinster i muskelkraftproduktion under modstandstræning, efterfulgt af tilpasninger i muskelmorfologi (>5-8 uger). Dette bevis er dog baseret på at kombinere både ECC- og CON-kontraktionstræning. Studier har vist, at ECC-kontraktion fremkalder større neuromuskulær tilpasning end CON-kontraktion. Derfor er ECC RT en lovende tilgang for personer med muskelsvaghed, såsom overvægtige. Derfor postuleres det, at kort progressiv excentrisk isokinetisk modstandstræning (ECCISO RT) vil øge neuromuskulære tilpasninger hos overvægtige utrænede kvinder sammenlignet med koncentrisk isokinetisk modstandstræning (CONISO RT)

2.0 Litteraturgennemgang

2.1 Introduktion

Den højere forekomst af muskuloskeletale smerter, mekanisk belastning, dårlig muskelfitness og andre muskuloskeletale problemer er forbundet med fedme. Bøjere og strækkere i underkroppen er ansvarlige for balance, mobilitet og evnen til at udføre daglige opgaver. Styrken og udholdenheden af skelettmuskler ændres af overskydende fedtmasse (FM). Mængden af muskel i midt-låret er omtrent 2,5 gange større end fedtmasse; dog har overvægtige personer mere intra- og intermuskulært fedt, fedt mellem muskelceller, hvilket har en skadelig effekt på kraftproduktion og funktionel uafhængighed. Kraftproducerende evnen af en skelettmuskel kan bruges til at evaluere musklens funktionelle kapacitet. Evnen til at udøve kraft, ens absolutte styrke, er nødvendig for at udføre daglige opgaver. Det er vist, at overvægtige personer har højere absolut maksimal frivillig kontraktion (MVC) drejningsmomenter end normalvægtige. Ikke desto mindre har de også lavere muskelstyrke i forhold til kropsvægt og fedtfri masse (FFM).

2.2 Fedmes indvirkning på skelettmuskelsammensætning og styrke

Selvom den totale muskelmasse er højere hos overvægtige og fede individer, er den relative muskelstyrke hos overvægtige og fede personer betydeligt lavere end hos raske personer, hvilket kan føre til et fald i fysisk funktion. Fedme kan øge den absolutte kraft og effekt af vægtbærende muskler i underkroppen på grund af øget efterspørgsel (Marte Johannson, 2021). Men når kraftproduktion og effektoutput normaliseres til total kropsmasse, observeres et fald med højere BMI, hvilket resulterer i reduceret muskelkvalitet og træthedsmodstand. Desuden skader den negative effekt af fedtvævsafhængige metaboliske tilpasninger, såsom oxidativ stress, inflammation og insulinresistens, muskelmasse metabolismen.

Andelen af muskelfibre adskiller sig hos fede individer. Der eksisterer en positiv sammenhæng mellem kropsfedthed og type II muskelfiberforhold, med højere type IIX fiberindhold rapporteret hos overvægtige individer. Type II muskelfibre har ofte færre mitokondrier, myoglobin og kapillærer end langsomme fibre, hvilket gør dem mere modtagelige for træthed. Type IIX (også kendt som Type IIB) fibre genererer den maksimale kraft; dog er de meget ineffektive på grund af deres høje myosin ATPase aktivitet, lave oxidative kapacitet og afhængighed af anaerob metabolisme. Type IIA fibre, almindeligvis kaldet intermediære muskelfibre, kombinerer type I og IIX fibre med ækvivalent spænding. Disse fibre, som kan bruge både aerobe og anaerobe energikilder, har større oxidativ kapacitet og trættes langsommere end type IIX fibre. En øget andel af type II muskel er forbundet med øget (a) insulinresistens, (b) risiko for hyperinsulinæmi, (c) reduceret træthedsmodstand/træningstolerance, (d) udholdenhed og (e) mobilitet.

Både menneskelige og dyrestudier har fundet, at Type II (især IIx) muskelfibre er mere modtagelige for skade efter ECC-aktivitet - øget type IIx fibre og stillesiddende livsstil er forbundet med større muskelskade blandt overvægtige individer med ECC-træning. En enkelt omgang høj-kraft ECC-træning øger muskelfiber satellitceller (SCs) indhold og aktiveringsstatus i Type II. SCs er essentielle i skelettmuskelvævsvækst, reparation og regeneration. Derfor er ECC-træning en lovende træningsteknik for personer med fysiske funktionsbegrænsninger, herunder overvægtige og fede individer.

2.3 Effekter af excentrisk modstandstræning på neuromuskulær tilpasning

Sammenlignet med traditionel (CON) træning øger ECC-træning betydeligt muskelstyrke. Muskelsyrkegevinster i ECC-træning skyldes sandsynligvis en kombination af neurologiske, morfologiske og anatomiske faktorer. Studier har vist, at ECC-kontraktion fremkalder større neuromuskulær tilpasning end CON-kontraktion. Selvom en nylig metaanalyse ikke fandt statistisk signifikante forskelle i styrkegevinster mellem ECC- og CON-træning, viste ECC-træning også en tendens til større forbedringer i CON-styrke end CON-træning. Dette demonstrerer modusspecifikationen af de neuromuskulære og funktionelle tilpasninger forårsaget af ECC-træning. ECC-træning har øget overfladeelektromyografisk (EMG) aktivitet under kontraktioner, men ikke under CON-kontraktioner. Dog er modstridende resultater blevet rapporteret. Den elektriske stimulation af muskel menes at være repræsenteret af den maksimale EMG (dvs. peak root mean square [RMS] værdier og integreret spænding fra EMG [iEMG]) efter træning (Douglas et al., 2017). Dette er påvirket af antallet og størrelsen (dvs. type I vs type II fibre) af rekrutterede motoriske enheder, motorisk enheds udladningsrate og motorisk enhedssynkroni.

Flere studier har fundet, at ECC RT forbedrer muskeleffekt, primært målt ved underkrops hoppevarianter. Raske, trænede mænd (N=24) blev tilfældigt tildelt grupper: ECC RT (n=12) og CON RT (n=12). Quadriceps' maksimale frivillige isometriske kontraktion (MVCISO), vertikalt hop og flerkanals overflade EMG-signaler blev målt før og efter RT. Rå EMG-signaler blev brugt til at beregne muskelfiber ledningshastighed (MFCV) og root mean square (RMS). Efter ECC RT var der en statistisk signifikant stigning i vertikalt hop og MVCISO procenter sammenlignet med CON RT. Tilsvarende øgede ECC RT EMG MFCV og RMS mere end koncentrisk træning.

Tyve raske mandlige forsøgspersoner gennemgik 12 uger af ECCISO RT på en isokinetisk dynamometer, og neuromuskulære evalueringer af knæstrækkerne blev udført hver 4. uge. ECCISO RT omfattede 3 sæt af 10 gentagelser i ugerne 1-4, 4 sæt i uger 5-8 og 5 sæt i uger 9-12. En 1-minuts hvileperiode blev overholdt mellem sæt. Signifikante forbedringer blev observeret i muskelstyrke [PTECC (29 %), PTISO (24 %) & PTCON (15 %)], elektromyografisk aktivitet [ΣEMGECC (33 %), EMGISO (29 %)] og muskelmasse [Knæstrækker muskeltykkelse (ΣMT 10 %) og anatomisk rectus femoris anatomisk tværsnitsareal (ACSA rf 19 %)] efter træning. ECC og ISO aktivering steg ved henholdsvis 4 og 8 træningsuger, hvorimod CON aktivering ikke ændrede sig. Disse resultater antyder, at den proportionelle stigning i neuronal aktivering og muskelmasse står for ECC og ISO styrkegevinster gennem 8 træningsuger, hvorimod andre processer synes at være involveret i stigningerne i de sidste 4 træningsuger. Imens var den relative stigning i PTCON ubetydelig og ubeslægtet med neural tilpasning efter ECCISO RT.

Synergistiske muskler udviser distinkte morfologiske og neurofysiologiske tilpasninger som reaktion på ECCISO RT. Raske mænd (N=20) blev vurderet for neural og muskulær tilpasning i vastus medialis (VM) og vastus lateralis (VL) efter progressiv ECCISO RT i 12 uger. Morfologiske og neurale tilpasninger blev evalueret ved hjælp af ultralydsmålinger af VL og VM muskeltykkelse i hvile og elektromyografiske målinger under MVCISO. Efter træning steg tykkelsen af begge muskler signifikant (VL: 6,9%; VM: 15,8%). Dog var der signifikante stigninger i muskelaktivitet i VM (47,8%; p = .003) men ikke i VL (19,8%).

2.4 Konklusion

De tidlige negative effekter af excentrisk træning inkluderer subcellulær muskelskade, ubehag, reduceret fiberexcitabilitet og indledende muskelsvækkelse. En effektiv stimulus for at fremkalde fysiologiske og neuronale træningsresponser er stræk og overbelastning, som i excentriske kontraktioner. Forbedring i muskelfunktion resultater fra tilpasninger induceret af excentrisk træning, inklusive muskelvækst, øget kortikal aktivitet og modifikationer i motorisk enheds adfærd.