Effekter av kort isokinetisk eksentrisk motstandstrening på nevromuskulært induserte tilpasninger

1.1 Introduksjon

Trening-induserte nevromuskulære og funksjonelle endringer er modus-spesifikke. Trening-induserte muskulære tilpasninger kan påvirkes av mekanisk spenning, subcellulær skade og metabolisk stress. Eksentrisk (ECC) kontraksjon skjer når den eksterne kraften som påføres muskelen overstiger den øyeblikkelige kraften som genereres av muskelen. Som et resultat er muskelens styrke tilstrekkelig til å overvinne belastningen eller motstanden som får muskelen til å forlenge seg. Sammenlignet med konsentriske (CON) eller isometriske (ISO) kontraksjoner, fremkaller ECC-trening større mekanisk belastning og mikrolesjoner i musklene, noe som kan føre til mer uttalte muskulære tilpasninger. ECC-øvelse utføres tradisjonelt mot en konstant ekstern belastning eller med konstant hastighet (isokinetisk). Avhengig av treningsformen, produserer dette varierende mekaniske krav, noe som resulterer i distinkte nevromuskulære og muskel-sene tilpasningsmekanismer. I motsetning til ISO- eller CON-muskelkontraksjoner, benytter sentralnervesystemet en distinkt nevral strategi for å styre skjelettmuskelkontraksjon. Forskjellige aktiveringsnivåer blant synergistiske muskler under ECC-kontraksjoner sammenlignet med CON-kontraksjoner, og den foretrukne rekrutteringen av hurtigtrekkende motoriske enheter, er to eksempler på hvordan dette demonstreres.

1.2 Problemstilling og studiebegrunnelse

Nyere data tyder på at fedme er assosiert med muskelsvakhet og redusert muskelkvalitet. Regelmessig styrketrening (RT) har vist seg å forbedre en muskels maksimale regenererende kapasitet. Det antas at nevrale mekanismer primært bidrar til de innledende (<2-4 uker) gevinstene i muskelkraftproduksjon under styrketrening, etterfulgt av tilpasninger i muskelmorfologi (>5-8 uker). Dette beviset er imidlertid basert på å kombinere både ECC- og CON-kontraksjonsøvelser. Studier har vist at ECC-kontraksjon fremkaller større nevromuskulær tilpasning enn CON-kontraksjon. Derfor er ECC RT en lovende tilnærming for personer med muskelsvakhet, som de overvektige. Derfor postuleres det at kort progressiv eksentrisk isokinetisk styrketrening (ECCISO RT) vil øke nevromuskulære tilpasninger hos overvektige utrente kvinner sammenlignet med konsentrisk isokinetisk styrketrening (CONISO RT)

2.0 Litteraturgjennomgang

2.1 Introduksjon

Den høyere forekomsten av muskelskjelettsmerter, mekanisk belastning, dårlig muskelform og andre muskelskjelettproblemer er knyttet til fedme. Bøyere og strekkere i underlemmene er ansvarlige for balanse, mobilitet og evnen til å utføre daglige oppgaver. Styrken og utholdenheten til skjelettmusklene endres av overskytende fettmasse (FM). Mengden muskel i midt-låret er omtrent 2,5 ganger større enn fettmassen; imidlertid har overvektige personer mer intra- og intermuskulært fett, fett mellom muskelceller, som har en skadelig effekt på kraftproduksjon og funksjonell uavhengighet. Kraftproduserende evne til en skjelettmuskel kan brukes til å evaluere muskelens funksjonelle kapasitet. Evnen til å påføre kraft, ens absolutte styrke, er nødvendig for å utføre daglige oppgaver. Overvektige personer har vist seg å ha høyere absolutte maksimale frivillige kontraksjon (MVC) dreiemoment enn normalvektige personer. Likevel har de også lavere muskelstyrke i forhold til kroppsvekt og fettfri masse (FFM).

2.2 Fedmens innvirkning på skjelettmuskelsammensetning og styrke

Selv om total muskelmasse er høyere hos overvektige og fedmeindivider, er den relative muskelstyrken hos overvektige og fedmeindivider betydelig lavere enn hos friske personer, noe som kan føre til en reduksjon i fysisk funksjon. Fedme kan øke den absolutte kraften og effekten til vektbærende muskler i underlemmene på grunn av økt etterspørsel (Marte Johannson, 2021). Når kraftproduksjon og effektproduksjon normaliseres til total kroppsmasse, observeres imidlertid en nedgang med høyere BMI, noe som resulterer i redusert muskelkvalitet og tretthetsmotstand. Dessuten skader den negative effekten av fettvevsavhengige metabolske tilpasninger, som oksidativt stress, betennelse og insulinresistens, muskelmassenes metabolisme.

Andelen muskelfibre er forskjellig hos overvektige individer. Det eksisterer en positiv sammenheng mellom kroppsfett og type II muskelfibreratio, med høyere type IIX-fiberinnhold rapportert hos overvektige individer. Type II muskelfibre har ofte færre mitokondrier, myoglobin og kapillærer enn langsomtrekkende fibre, noe som gjør dem mer utsatte for tretthet. Type IIX (også kjent som Type IIB) fibre genererer maksimal kraft; imidlertid er de svært ineffektive på grunn av deres høye myosin ATPase-aktivitet, lave oksidative kapasitet og avhengighet av anaerob metabolisme. Type IIA fibre, ofte kalt intermediære muskelfibre, kombinerer type I- og IIX-fibre med ekvivalent spenning. Disse fibrene, som kan bruke både aerobe og anaerobe energikilder, har større oksidativ kapasitet og blir trett saktere enn type IIX-fibre. En økt andel type II-muskel er assosiert med økt (a) insulinresistens, (b) risiko for hyperinsulinemi, (c) redusert tretthetsmotstand/treningstoleranse, (d) utholdenhet og (e) mobilitet.

Både humane og dyrestudier har funnet at Type II (spesielt IIx) muskelfibre er mer utsatte for skade etter ECC-aktivitet - økt type IIx-fibre og stillesittende livsstil er assosiert med større muskelskade blant overvektige individer med ECC-trening. En enkeltøkt med høy-kraft ECC-øvelse øker muskelfibre satellittcelle (SCs) innhold og aktiveringsstatus i Type II. SCs er essensielle i skjelettmuskelvev vekst, reparasjon og regenerasjon. Derfor er ECC-trening en lovende treningsmetode for personer med fysiske funksjonsbegrensninger, inkludert overvektige og fedmeindivider.

2.3 Effekter av eksentrisk styrketrening på nevromuskulær tilpasning

Sammenlignet med tradisjonell (CON) trening, øker ECC-treningstreningsprogrammer betydelig muskelstyrke. Muskelstyrkegevinster i ECC-trening er sannsynligvis tilskrivelig en kombinasjon av nevrologiske, morfologiske og anatomiske faktorer. Studier har vist at ECC-kontraksjon fremkaller større nevromuskulær tilpasning enn CON-kontraksjon. Selv om en nylig metaanalyse ikke fant statistisk signifikante forskjeller i styrkegevinster mellom ECC- og CON-trening, viste ECC-treningstreningsprogrammer også en tendens mot større forbedringer i CON-styrke enn CON-trening. Dette demonstrerer modus-spesifisiteten til de nevromuskulære og funksjonelle tilpasningene forårsaket av ECC-trening. ECC-trening har økt overflateelektromyografisk (EMG) aktivitet under kontraksjoner, men ikke under CON-kontraksjoner. Imidlertid har motstridende resultater blitt rapportert. Den elektriske stimuleringen av muskel antas å være representert av den maksimale EMG (dvs. topp rotmiddelkvadrat [RMS] verdier og integrert spenning fra EMG [iEMG]) etter trening (Douglas et al., 2017). Dette påvirkes av mengden og størrelsen (dvs. type I vs type II fibre) av rekrutterte motoriske enheter, motorisk enhet utladningsrate og motorisk enhet synkroni.

Flere studier har funnet at ECC RT forbedrer muskeleffekt, målt primært ved underkropps hoppvarianter. Friske, trente menn (N=24) ble tilfeldig tildelt grupper: ECC RT (n=12) og CON RT (n=12). Quadriceps' maksimale frivillige isometriske kontraksjon (MVCISO), vertikalt hopp og flerkanals overflate EMG-signaler ble målt før og etter RT. Rå EMG-signaler ble brukt til å beregne muskelfiberledningshastighet (MFCV) og rotmiddelkvadrat (RMS). Etter ECC RT var det en statistisk signifikant økning i vertikalt hopp og MVCISO prosenter sammenlignet med CON RT. På samme måte økte ECC RT EMG MFCV og RMS mer enn konsentrisk trening.

Tjue friske mannlige forsøkspersoner gjennomgikk 12 uker med ECCISO RT på en isokinetisk dynamometer, og nevromuskulære evalueringer av kneekstensorene ble utført hver 4. uke. ECCISO RT bestod av 3 sett med 10 repetisjoner i uke 1-4, 4 sett i uke 5-8 og 5 sett i uke 9-12. En 1-minutts hvileperiode ble respektert mellom settene. Betydelige forbedringer ble observert i muskelstyrke [PTECC (29 %), PTISO (24 %) & PTCON (15 %)], elektromyografisk aktivitet [ΣEMGECC (33 %), EMGISO (29 %)] og muskelmasse [Kneekstensormuskeltykkelse (ΣMT 10 %) og anatomisk rectus femoris anatomisk tverrsnittsareal (ACSA rf 19 %)] etter trening. ECC- og ISO-aktivering økte ved henholdsvis 4 og 8 treningsuker, mens CON-aktivering ikke endret seg. Disse funnene antyder at den proporsjonale økningen i nevronal aktivering og muskelmasse står for ECC- og ISO-styrkegevinster gjennom 8 treningsuker, mens andre prosesser synes å være involvert i økningene i de siste 4 treningsukene. I mellomtiden var den relative økningen i PTCON ubetydelig og ubeslektet med nevral tilpasning etter ECCISO RT.

Synergistiske muskler utviser distinkte morfologiske og nevrofysiologiske tilpasninger som svar på ECCISO RT. Friske menn (N=20) ble vurdert for nevral og muskulær tilpasning i vastus medialis (VM) og vastus lateralis (VL) etter progressiv ECCISO RT i 12 uker. Morfologiske og nevrale tilpasninger ble evaluert ved bruk av ultralydmålinger av VL- og VM-muskeltykkelse i hvile og elektromyografiske målinger under MVCISO. Etter trening økte tykkelsen på begge musklene betydelig (VL: 6,9%; VM: 15,8%). Imidlertid var det betydelige økninger i muskelaktivitet i VM (47,8%; p =.003) men ikke i VL (19,8%).

2.4 Konklusjon

De tidlige negative effektene av eksentrisk trening inkluderer subcellulær muskelskade, ubehag, redusert fibereksiterbarhet og innledende muskelsvekkelse. En effektiv stimulus for å fremkalle fysiologiske og nevronale treningsresponser er strekk og overbelastning, som i eksentriske kontraksjoner. Forbedring i muskelfunksjon resultater fra tilpasninger indusert av eksentrisk trening, inkludert muskelvekst, økt kortikal aktivitet og modifikasjoner i motorisk enhet atferd.