Effecten van korte isokinetische excentrische weerstandstraining op door neuromusculaire adaptaties geïnduceerde aanpassingen

1.1 Inleiding

Door inspanning geïnduceerde neuromusculaire en functionele veranderingen zijn modus-specifiek. Door inspanning geïnduceerde musculaire aanpassingen kunnen worden beïnvloed door mechanische spanning, subcellulaire schade en metabole stress. Excentrische (ECC) contractie vindt plaats wanneer de externe kracht die op de spier wordt uitgeoefend de momentane kracht die door de spier wordt gegenereerd overschrijdt. Als gevolg hiervan is de kracht van de spier voldoende om de belasting of weerstand die ervoor zorgt dat de spier verlengt te overwinnen. Vergeleken met concentrische (CON) of isometrische (ISO) contracties, roept ECC-training grotere mechanische belasting en microletsels in de spieren op, wat kan leiden tot meer uitgesproken musculaire aanpassingen. ECC-oefening wordt traditioneel uitgevoerd tegen een constante externe belasting of met een constante snelheid (isokinetisch). Afhankelijk van het type training levert dit variërende mechanische eisen op, wat resulteert in verschillende neuromusculaire en spier-pees aanpassingsmechanismen. In tegenstelling tot ISO- of CON-musculaire contracties, gebruikt het centrale zenuwstelsel een aparte neurale strategie om skeletspiercontractie te sturen. Verschillende activeringsniveaus onder synergistische spieren tijdens ECC-contracties vergeleken met CON-contracties, en de voorkeursrecrutering van snel-samentrekkende motorunits, zijn twee voorbeelden van hoe dit wordt aangetoond.

1.2 Probleemstelling & studie rational

Opkomende gegevens suggereren dat adipositas geassocieerd is met spierzwakte en verminderde spierkwaliteit. Regelmatige krachttraining (RT) is aangetoond om het maximale regeneratieve vermogen van een spier te verbeteren. Er wordt aangenomen dat neurale mechanismen primair bijdragen aan de initiële (<2-4 weken) winsten in spierkrachtproductie tijdens krachttraining, gevolgd door aanpassingen in spiermorfologie (>5-8 weken). Dit bewijs is echter gebaseerd op het combineren van zowel ECC- als CON-contractie-oefeningen. Studies hebben aangetoond dat ECC-contractie grotere neuromusculaire aanpassing oproept dan CON-contractie. Daarom is ECC RT een veelbelovende benadering voor personen met spierzwakte, zoals degenen met obesitas. Vandaar dat wordt gepostuleerd dat korte progressieve excentrische isokinetische krachttraining (ECCISO RT) neuromusculaire aanpassingen zal vergroten bij obese ongetrainde vrouwen in vergelijking met concentrische isokinetische krachttraining (CONISO RT)

2.0 Literatuuroverzicht

2.1 Inleiding

De hogere prevalentie van musculoskeletale pijn, mechanische belasting, slechte spierconditie en andere musculoskeletale problemen is gekoppeld aan obesitas. De flexoren en extensoren van de onderste ledematen zijn verantwoordelijk voor balans, mobiliteit en het vermogen om dagelijkse taken uit te voeren. De kracht en het uithoudingsvermogen van skeletspieren worden veranderd door overtollige vetmassa (FM). De hoeveelheid spier in de mid-dij is ongeveer 2,5 keer die van vetmassa; echter, obese mensen hebben meer intra- en intermuseulair vet, vet tussen spiercellen, wat een nadelig effect heeft op krachtproductie en functionele onafhankelijkheid. Het krachtproducerende vermogen van een skeletspier kan worden gebruikt om de functionele capaciteit van de spier te evalueren. Het vermogen om kracht uit te oefenen, iemands absolute kracht, is nodig om dagelijkse taken uit te voeren. Obese mensen hebben aangetoond hogere absolute maximale vrijwillige contractie (MVC) koppels te hebben dan mensen met een normaal gewicht. Desalniettemin hebben ze ook lagere spierkracht ten opzichte van lichaamsgewicht en vetvrije massa (FFM).

2.2 De impact van obesitas op skeletspiersamenstelling en -kracht

Hoewel de totale spiermassa hoger is bij personen met overgewicht en obesitas, is de relatieve spierkracht van mensen met overgewicht en obesitas aanzienlijk lager dan die van gezonde mensen, wat kan leiden tot een afname van fysieke functie. Obesitas kan de absolute kracht en het vermogen van de gewichtdragende spieren in de onderste extremiteiten verhogen vanwege verhoogde vraag (Marte Johannson, 2021). Echter, wanneer krachtproductie en vermogensoutput worden genormaliseerd naar totale lichaamsmassa, wordt een afname waargenomen met hogere BMI, wat resulteert in verminderde spierkwaliteit en vermoeidheidsweerstand. Bovendien schaadt de negatieve impact van vetweefsel-afhankelijke metabole aanpassingen, zoals oxidatieve stress, ontsteking en insulineresistentie, de spiermassa stofwisseling.

De verhouding van spiervezels verschilt bij obese individuen. Er bestaat een positieve associatie tussen lichaamsvetheid en de type II spiervezelverhouding, met hogere type IIX vezelinhoud gerapporteerd bij personen met overgewicht. Type II spiervezels hebben vaak minder aantallen mitochondriën, myoglobine en haarvaten dan langzame vezels, waardoor ze vatbaarder zijn voor vermoeidheid. Type IIX (ook bekend als Type IIB) vezels genereren de maximale kracht; echter, ze zijn zeer inefficiënt vanwege hun hoge myosine ATPase activiteit, lage oxidatieve capaciteit en afhankelijkheid van anaerobe metabolisme. Type IIA vezels, vaak intermediaire spiervezels genoemd, combineren type I en IIX vezels met equivalente spanning. Deze vezels, die zowel aerobe als anaerobe energiebronnen kunnen gebruiken, hebben een grotere oxidatieve capaciteit en vermoeien langzamer dan type IIX vezels. Een verhoogde proportie van type II spier is geassocieerd met verhoogde (a) insulineresistentie, (b) risico op hyperinsulinemie, (c) verminderde vermoeidheidsweerstand/oefeningstolerantie, (d) uithoudingsvermogen, en (e) mobiliteit.

Zowel humane als dierstudies hebben gevonden dat Type II (met name IIx) spiervezels kwetsbaarder zijn voor letsel na ECC-activiteit - verhoogde type IIx vezels en sedentarisme zijn geassocieerd met grotere spierschade onder personen met overgewicht met ECC-training. Een enkele sessie van hoge-kracht ECC-oefening verhoogt de spiervezel satellietcellen (SCs) inhoud en activatiestatus in Type II. SCs zijn essentieel in skeletspierweefselgroei, reparatie en regeneratie. Vandaar dat ECC-training een veelbelovende oefeningstechniek is voor personen met beperkingen in fysieke functie, inclusief personen met overgewicht en obesitas.

2.3 Effecten van excentrische krachttraining op neuromusculaire aanpassing

Vergeleken met traditionele (CON) oefening, verhoogt ECC-oefeningstraining spierkracht significant. Spierkrachtwinsten in ECC-training zijn waarschijnlijk toe te schrijven aan een combinatie van neurologische, morfologische en anatomische factoren. Studies hebben aangetoond dat ECC-contractie grotere neuromusculaire aanpassing oproept dan CON-contractie. Hoewel een recente meta-analyse geen statistisch significante verschillen vond in krachtwinsten tussen ECC- en CON-training, toonde ECC-oefeningstraining ook een trend naar grotere verbeteringen in CON-kracht dan CON-oefening. Dit demonstreert de modus-specificiteit van de neuromusculaire en functionele aanpassingen veroorzaakt door ECC-oefening. ECC-training heeft oppervlakte elektromyografische (EMG) activiteit tijdens contracties verhoogd maar niet tijdens CON-contracties. Echter, tegenstrijdige uitkomsten zijn gerapporteerd. De elektrische stimulatie van spier wordt gedacht te worden vertegenwoordigd door de maximale EMG (d.w.z., piek wortel gemiddeld kwadraat [RMS] waarden en geïntegreerde spanning van de EMG [iEMG]) na training (Douglas et al., 2017). Dit wordt beïnvloed door de hoeveelheid en grootte (d.w.z., type I vs type II vezels) van gerekruteerde motorunits, motorunit ontladingssnelheid en motorunit synchronie.

Verschillende studies hebben gevonden dat ECC RT spiervermogen verbetert, voornamelijk gemeten door onderlichaam sprongvarianten. Gezonde, getrainde mannen (N=24) werden willekeurig toegewezen aan groepen: ECC RT (n=12) en CON RT (n=12). De maximale vrijwillige isometrische contractie (MVCISO) van de quadriceps, verticale sprong en multikanaals oppervlakte EMG signalen werden gemeten voor en na RT. Rauwe EMG signalen werden gebruikt om spiervezel geleidingssnelheid (MFCV) en wortel gemiddeld kwadraat (RMS) te berekenen. Na ECC RT was er een statistisch significante toename in verticale sprong en MVCISO percentages vergeleken met CON RT. Evenzo verhoogde ECC RT EMG MFCV en RMS meer dan concentrische oefening.

Twintig gezonde mannelijke proefpersonen ondergingen 12 weken van ECCISO RT op een isokinetische dynamometer, en neuromusculaire evaluaties van de knie extensoren werden elke 4 weken uitgevoerd. De ECCISO RT bestond uit 3 sets van 10 herhalingen tijdens weken 1-4, 4 sets in weken 5-8, en 5 sets in weken 9-12. Een 1-minuut rustperiode werd gerespecteerd tussen sets. Significante verbeteringen werden waargenomen in spierkracht [PTECC (29 %), PTISO (24 %) & PTCON (15 %)], elektromyografische activiteit [ΣEMGECC (33 %), EMGISO (29 %)] en spiermassa [Knie extensor spierdikte (ΣMT 10 %) en anatomische rectus femoris anatomische dwarsdoorsnede oppervlakte (ACSA rf 19 %)] na training. ECC- en ISO-activering nam toe op respectievelijk 4 en 8 trainingsweken, terwijl CON-activering niet veranderde. Deze bevindingen impliceren dat de proportionele toename in neuronale activering en spiermassa de ECC- en ISO-krachtwinsten door 8 trainingsweken verklaart, terwijl andere processen betrokken lijken te zijn bij de verhogingen in de laatste 4 trainingsweken. Ondertussen was de relatieve toename in PTCON verwaarloosbaar en niet gerelateerd aan neurale aanpassing na ECCISO RT.

Synergistische spieren vertonen verschillende morfologische en neurofysiologische aanpassingen in reactie op ECCISO RT. Gezonde mannen (N=20) werden beoordeeld voor neurale en musculaire aanpassing in vastus medialis (VM) en vastus lateralis (VL) na progressieve ECCISO RT gedurende 12 weken. Morfologische en neurale aanpassingen werden geëvalueerd met behulp van echografie metingen van VL en VM spierdikte in rust en elektromyografische metingen tijdens MVCISO. Na training nam de dikte van beide spieren significant toe (VL: 6.9%; VM: 15.8%). Echter, er waren significante toename in spieractiviteit in VM (47.8%; p =.003) maar niet in VL (19.8%).

2.4 Conclusie

De vroege nadelige effecten van excentrische oefening omvatten subcellulaire spierblessure, ongemak, verminderde vezelprikkelbaarheid en initiële musculaire verzwakking. Een effectieve stimulus voor het oproepen van fysiologische en neuronale trainingsreacties is rek en overbelasting, zoals in excentrische contracties. Verbetering in spierfunctie resulteert uit aanpassingen geïnduceerd door excentrische oefening, inclusief spiergroei, verhoogde corticale activiteit en modificaties in motorunit gedrag.