1. No category

Ændringer i muskelmasse og
fibertype komposition ved
styrketræning og detræning
Jesper Løvind Andersen
Institut for idrætsmedicin,
Bispebjerg Hospital
Hvorfor lave styrketræning?
.. For at vores muskler skal blive
stærkere
To veje…
Forbedre
præstationen
Øge størrelsen
af
muskelmassen
Øge
effektiviteten af
den allerede
eksisterende
muskelmasse
1
Muskelfibre og Muskelfibertyper
Muskel
Bundter af
muskelfibre
Sarcomer
Myosin
Actin
Muskelfiber
Myofibril
(diameter 20-100 um)
(diameter ca. 1 um)
Fiber types and Fibre Cross-sectional area (CSA)
MHC I →
MHC IIA →
MHC IIX →
MHC IIX →
MHC IIA →
MHC I →
2
Muskel fiber typer i humane muskler
Mitochondria
Capillary
Myosin
Muscle
Type I
(slow myosin)
Musclefibre
Type IIA
(fast myosin)
Type IIX
(very fast myosin)
Zacho og Andersen
Contractility of single human
skeletal muscle fibres
2X
2A
1
1
2X
1-2A
2A
2A-2X
2X
2X
Bottnelli et al. 1999
m. vastus lateralis
m. soleus
m. triceps brachii
Antal type1 fibre
3
Kontraktionshastighed i forskellige muskler
Sol = soleus
VL = vastus lateralis
TB = triceps brachii
MHC II
Harridge, 1996
Forskelle mellem mennesker
vastus lateralis
deltiod
Hurtige fibre =
Langsomme fibre =
Variation i antallet af type 1 fibre hos normale utrænede mænd
Type 1 fibres in m. vastus lateralis
80
21 normale unge utrænede mænd
Type 1 fibre
70
Percentage
60
50
40
30
20
10
0
E K A F O U J H B C D M I P G R S T Q N L
Subjects
4
Kan vi ændre muskel fiber type
sammensætningen i vores
muskler gennem træning?
Ikke rigtigt!?
Men det er ikke
hele historien!
Slow
m. vastus lateralis
from healthy subject
Fast
m. vastus lateralis from subject
with a spinal cord injury
Anti-MHC II
Slow
Fast
Anti-MHC I
Fast
Slow
Andersen unpublished
Buller et al, 1960
Styrketræning efterfulgt af detræning.
“vores model”
5
Exercise session
number
Hack squat
Number of sets
Number of reps
Incline leg press
Number of sets
Number of reps
Knee extensions
Number of sets
Number of reps
Hamstring curl
Number of sets
Number of reps
1-5
6-15
16-20
21-25
3
4
5
5
12,12,12 10,10,10,10 10,10,10,8,8 10,8,8,8,6
3
4
4
4
26-30
3
4
5
5
3
4
4
4
35-38
5
5
4
8,8,8,6,6
8,8,6,6,4
8,6,6,4
5
12,12,12 10,10,10,10 10,10,10,10 10,10,10,8 8,8,8,6,6
12,12,12 10,10,10,10 10,10,10,8,8 10,8,8,8,6
31-35
5
4
8,8,6,6,6
8,6,6,4
5
5
4
8,8,8,6,6
8,8,6,6,4
8,6,6,4
5
12,12,12 10,10,10,10 10,10,10,10 10,10,10,8 8,8,8,6,6
5
4
8,8,6,6,6
8,6,6,4
Andersen et al.,
Experimental design
Biopsies
resistance training
0
30
60
detraining
90
120 150 180
Days
MyHC isoform changes with resistance- and detraining
Resistance training
MHC IIX ↓
MHC IIA↑
MHC I ~
6
Changes in Fibre Type composition
Myosin Heavy Chain isoform distribution
MHC composition (%)
before and after 12 wk heavy-resistance strength training
... and following 12 weeks of detraining
60
pre training
post training
*
60
post detraining
50
50
*
40
40
30
30
**
20
10
20
10
**
0
0
MHC I
MHC IIA
MHC IIX
* MHC IIA: post training > pre training > post detraining (p<0.05)
** MHC IIX: post training < pre training < post detraining (p<0.01)
Andersen & Aagaard
Muscle & Nerve 2000
MHC 2X fluctuations with resistance training and
detraining
*
20
18
Andersen & Aagaard, 2000
16
Andersen et al., unpublished
percent
14
12
10
8
6
4
*
** *
2
0
0
30
60
90
120
150
180
Days
Strength training → Tapering / detraining
⇒ boosting of MHC IIX
proportion of MHC isoforms (%)
20
IIX
IIA
10
0
training
Figure by M. Zacho
tapering
Time
Andersen & Aagaard, Andersen et al.
7
Arbejde betyder noget…. Belastning gør ikke!
Forandringer I fiber type distributionen mellem type II sub typerne er mere
afhængig af arbejdet som sådan end af den belastning der arbejdes med.
IIAX
IIX
NB: type I
ikke I figur
Fry et al., 2004
… men ønsker vi at arbejde
mod en muskel der har en
øget andel af MHC IIX?
Det er afhængigt af
hvilken type af atlet
vi taler …
Altså, en atlet af typen:
Ingen udholdenhedsarbjede
Høj muskel power (eksplosivitet)
Høj RFD
MHC IIX er;
Fibre som har en metabolisme som gør dem I stand til at
producere store mængder energi over korte perioder.
Altså, type IIX fibre kræver restitution ofte for at undgå
udmatning
Derfor: At “arbejde” hen imod øget relativ mængde MHC II er
måske ikke noget god ide for idrætspræstationer der varer mere
end nogle få sekunder
I næsten alle andre idrætspræstationer vil vi arbejde mod
mere IIA
8
Hvorfor er
det sådan?
Fibre der indeholder MHC IIA er;
-Relativt hurtige (signifikant hurtigere end MHC I fibre)
-De er meget mere udholdende end type MHC IIX fibre,
og, og de responderer godt på høj-intens aerob træning og
alle typer af anaerob
- De vil sandsynligvis ikke transformeres til MHC I fibre,
med mindre de undergår meget betydelige mængder
“lav/medium-intens” arbejde.
Hypertrofi vs.
Hyperplasi
Teoretisk kan muskelvækst fremkomme på to måder;
•
Der kan ske en forøgelse af antallet af muskelfibre
hyperplasi
2) De enkelte fibre kan blive større (forøget tværsnitsareal)
hypertrofi
9
Strength and Power in Sports, Chapt 8, MacDougall
Hyperplasi
Fiber area vs. area of biceps brachii
Number af fibers in biceps brachii
Untrained controls: 172.000-381.000
Fiber number vs. area of biceps brachii
Intermediate bodybuilders: 198.000-374.000
Elite bodybuilders: 204.000-419.000
MacDougall et al, 1984
10
*
*
*
*
*
*
*
Small-sized fibers
expressing
MHCemb
Kadi, 2000
Hypertrofi
11
Kontrol person
Body-builder
D’Antona et al., 2005
8000
Muscle fibre size
Fibre size
6000
4000
Marathon runners
Sprint runners
2000
0
type 1
type 2A
type 2B
Data from Sjöström et al., 1988
Body builder vs. normal, kvinder og mænd
14000
12000
um2
10000
Mænd
8000
Kvinder
6000
Type II areal
Type I areal
4000
2000
0
BBM
KM
BBF
KM
Alway, 1994
12
Kadi, Acta Physiol. Scand., 2000
3 weeks
1yr
Body-builder
on steroids
5 yrs
10 yrs
Endurance
running
15 yrs
Body-builder
Normal
resistance
training
4 weeks
bedrest
Adult
Spinal
cord
injury
Body-builder
(extreme case)
60 yrs
2 weeks
space travel
75 yrs
90 yrs
Andersen, 2003
Styrketræning efterfulgt af detræning.
“vores model”
13
Experimental design
Biopsies
resistance training
0
30
60
detraining
90
120 150 180
Days
Strength-training followed by detraining.
Consequences for muscle fibre CSA
Muscle fiber cross-sectional area
Resistance training
Detraining
+24%
+12%
5900
Type I fibers
+11%
*#
5400
Type II fibers
*
#
4900
+11%
+7%
#
#*
#
120
150
180
*
4400
3900
3400
0
30
60
90
Days
Andersen et al., unpublished
Type I fibre CSA through the strength-training phase
Type I
8,0%
7,0%
6,0%
Pre tr.
30 d tr.
5,0%
4,0%
3,0%
2,0%
1,0%
0,0%
90 d tr.
012 499
50
-1
20 49
00 9
-2
27 24
50 9
-2
35 999
00
-3
42 74
50 9
-4
50 49
00 9
-5
57 249
50
-5
65 99
00 9
-6
72 74
50 9
-7
80 499
00
-8
87 24
50 9
-8
99
9
Percentages in each fibre size class
um2
**
Fibre size classes
Andersen et al, Unpublished
14
Type II fibre CSA through the strength-training phase
8,0%
7,0%
Pre tr.
30 d tr.
6,0%
5,0%
4,0%
90 d tr.
3,0%
2,0%
1,0%
0,0%
012 499
50
-1
20 49
00 9
-2
27 249
50
-2
35 99
00 9
-3
42 74
50 9
-4
50 499
00
-5
57 24
50 9
-5
65 999
00
-6
72 74
50 9
-7
80 499
00
-8
87 24
50 9
-8
99
9
Percentages in each fibre size class
Type II
Fibre size classes
Andersen et al, Unpublished
Type I fibre CSA through the detraining phase
90 d tr.
9,0%
8,0%
7,0%
6,0%
5,0%
4,0%
3,0%
2,0%
1,0%
0,0%
10 d dtr.
30 d dtr.
50 d dtr.
90 d dtr.
012 499
500
-1
20 49
000 9
-2
27 249
500
-2
35 99
000 9
-3
42 74
500 9
-4
50 499
000
-5
57 24
500 9
-5
65 999
000
-6
72 74
500 9
-7
80 499
000
-8
87 24
500 9
-8
99
9
Percentages in each fibre size class
Type I
Fibre size classes
Andersen et al, Unpublished
Type II fibre CSA through the detraining phase
90 d tr.
10,0%
9,0%
8,0%
7,0%
6,0%
5,0%
4,0%
3,0%
2,0%
1,0%
0,0%
10 d dtr.
30 d dtr.
50 d dtr.
90 d dtr.
012 499
50
-1
20 49
00 9
-2
27 24
50 9
-2
35 99
00 9
-3
42 74
50 9
-4
50 49
00 9
-5
57 24
50 9
-5
65 99
00 9
-6
72 74
50 9
-7
80 49
00 9
-8
87 24
50 9
-8
99
9
Percentages in each fibre size class
Type II
Fibre size classes
Andersen et al, Unpublished
15
Arbejdsbelastning betyder noget!
Efterhånden som den relative arbejdsbelastning øges, øges også
det hypertrofe respons I både type I og type II fibre. Men ved
relativt høje belastninger hypertrofiere type II fibre mere end
type I fibre.
IIX
High loads
Low loads
Fry et al., 2004
Muscle-tendon overload (0,2,4,8,16 days) in rat
Tendon mRNA
MUSCLE
500
IGF-I mRNA ↑after 8 days
*
*
400
*
*
MGF mRNA ↑after 4 days
300
TENDON
200
15
*
10
5
0
Muscle
Control Day 2
Day 4
Day 8
Day 16 Control Day 2
Day 4
Day 8
Day 16
M. plantaris;
MTJ
Overload through surgical
removal of synergistic
muscle
Tendon
(J. Olesen et al, JAP., 2006)
Strength training followed by
detraining (tapering)
IIA
IIA
I
IIX
I
IIA
Strength
training
I
IIX
Detraining
(tapering)
IIA
IIA
I
y Type II fibres increases in
fibre size
y IIX transformed to type IIA
IIA
I
IIX
I
yType II fibre CSA
decreased but to some extend
above pre-training CSA.
y IIA fibres transformed to
type IIX fibres, with possible
overshot …
16
Slut
How fast are changes in MHC
isoform composition initiated?
Biopsy
EX
Biopsy
Biopsy
Biopsy
Biopsy
24 hs
54 hs
96 hs
EX
- 24 hs
0 hs
EX = exercise bout
17
Before exercise
ATPase staining 4.6
*
*
*
*
*
*
After exercise
ATPase staining 4.6
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Glycogen staining
*
*
Glycogen staining
*
*
*
*
*
**
*
*
*
*
*
*
*
In situ hybridisation
ATPase 4.6
MHC I (β/slow)
1
1
1
2A
2A
2X
2X
MHC IIA
2X
MHC IIX
1
1
2A
2X
1
2A
2X
m. vastus lateralis
Control leg
Andersen et al. unpublished
Work leg
Exercisebout
96 hours
54 hours
24 hours
Control
2A
18
MHC mRNA expression
MHC protein expression
Fibre type distribution in percent
25
25
2X
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
25
25
20
2A/2X
20
15
10
10
by
bz
2A/2X
a
a
5
5
0
0
50
50
2A
45
40
40
35
35
30
30
25
0
Exercised leg
Control leg
bdz
15
45
2X
25
0
BEFORE
24 h
54 h
96 h
ax
2A
BEFORE
24 h
54 h
96 h
Summery
- Resistance training decrease expression of MHC IIX
and increase expression of MHC IIA.
- Detraining does the opposite.
- MHC I seems less affected.
- Changes in MHC isoform composition will be
initiated immediately, but significant changes at
the protein level will take weeks
- Changes in muscle fibre size may be significant
already within 1-2 weeks
- Changes in MHC isoform composition is not dependant
of loading, whereas muscle fiber hypertrophy is!
19