Johan Dahlin
9d186a13b2
14 KiB
Arbetsfysiologi - Muskelstyrka & Power - 2025-03-28_MathiasW.pdf
OCR Transcript
- Pages: 50
- OCR Engine: pymupdf
- Quality Score: 1.00
Page 1
Arbetsfysiologi – muskelstyrka & power Mathias Wernbom, PhD, forskare i tränings- och muskelfysiologi, Institutionen för Neurovetenskap & Fysiologi
Page 2
Disposition – dagens teman • Styrka: maximal styrka och explosiv styrka • Centrala (neurala) träningsanpassningar till styrke & powerträning • Effekter av styrketräning och powerträning på muskler och muskelfibrer • ”Muskelminne” • Träningsvärk
Page 3
Maximal styrka och explosiv styrka
Page 4
Maximal styrka: maximala krafter, tid är inte en begränsande faktor. Explosiv styrka = att utveckla så hög kraft som möjligt på en begränsad tid, t ex vid höga hastigheter och/eller korta kontakttider (= hög RFD!). RFD: rate of force development. RFD = ∆Kraft / ∆Tid
Page 5
Explosiv styrka = Hög RFD! Mycket viktigt i idrotter med korta kontakttider och snabba rörelser, som t ex 100 m sprintlöpning där kontakttiderna kan vara mindre än 0.1 sek.
Page 6
Exempel på kraftmoment (Nm) vid olika hastigheter i knäextension. Maximal hastighet i sittande koncentrisk knäextension: ~600-800°/s. Maximal sprint: ~1100-1200°/s. Typisk styrketräning: ~0-120°/s.
Page 7
Maximal styrka respektive explosiv styrka i förhållande till olika rörelsehastigheter, enligt Raastad et al 2015.
Page 8
Vad kännetecknar styrketräning?
Page 9
Lokal uthållighets- träning Konventionell styrketräning (1RM = one repetition maximum)
Page 10
Exempel på muskelaktivering mätt med elektromyografi (EMG) vid tung styrketräning. Knäextension i en viktmaskin med 7RM (~80-85% av 1RM). EMG normaliserat till en maximal isometrisk quadricepskontraktion (100%). VL = vastus lateralis (rött), VM = vastus medialis (blått). Mathias Wernbom, opublicerade data.
Page 11
Koncentriska kontraktioner Excentriska kontraktioner Notera den mycket högre muskelaktiviteten i den koncentriska fasen jämfört med den excentriska fasen i de 7 repetitionerna! Notera även att den koncentriska muskelaktiviteten ökar mellan rep #1-4 och att repetitionerna #2-7 tar allt längre tid pga tilltagande muskeltrötthet!
Page 12
EMGrms VL RL VM RL EMG[%] Time[s] 0 10 20 30 40 0.9 4.7 8.4 12.2 Exempel på EMG vid lätt träning, 4 repetitioner på ~20-25% av 1RM. Notera att EMG bara når 35-40% av max som mest. Mathias Wernbom, opublicerade data.
Page 13
Notera att muskelaktiviteten (EMG) vid 20-25% av 1RM bara är en bråkdel så hög som muskelaktiviteten vid 80-85% av 1RM! EMG är ett ”semi-kvantitativt” mått på den arbetande muskelns grad av aktivering, som i sin tur främst är ett resultat av motorenhet-rekrytering och fyrningsfrekvens. Ju högre EMG, desto fler rekryterade motorenheter och/eller högre fyrningsfrekvens. ~20-25% av 1RM EMG vid ~80-85% av 1RM (Mathias Wernbom, opublicerade data)
Page 14
Motorenheters storlek vs fibertyp
De största enheterna (fast fatigable, FF) innehåller
snabba men fort uttröttbara typ IIX och/eller typ
IIAX* muskelfibrer, ~20% i en genomsnittlig muskel.
*Typ IIAX muskelfibrer: hybridform mellan typ IIA och IIX.
Vanliga i muskler. 100% rena IIX fibrer ofta mer sällsynta.
(Typ IIB fibrer finns inte hos människa! Typ IIX snabbast)
Medelstora enheter (”fast fatigue-resistant”, FR)
innehåller ofta snabba men relativt uthålliga typ IIA
muskelfibrer. Typ IIA utgör ~30% i en genomsnittlig
muskel som vastus lateralis.
De minsta enheterna (”Slow”, S) har långsamma men
mycket uthålliga typ I muskelfibrer. ~50% i en typisk
muskel.
Page 15
Fibertypdistribution i vastus lateralis hos människor. En normalaktiv individ har ~50% typ I & ~50% typ II fibrer. Sprinters har högre % typ II fibrer, långdistansidrottare har högre %- andel typ I fibrer. Både genetik och träning spelar roll. (JL Andersen et al., Sci Am 2000)
Page 16
Små uthålliga (S) motorenheter rekryteras först, följt av allt större och snabbare men mer uttröttbara enheter (S FR FF). FF. Typ IIX & typ IIAX. FR. Typ IIA. S. Typ I.
Page 17
Anledningen till att små uthålliga S-enheter rekryteras först vid muskelarbete är för att de kräver mindre synaptisk ”input”. FR och framför allt FF-enheter kräver mer viljemässig ”drive” från CNS innan en tillräckligt hög synaptisk input nåtts för aktivering. (Heckman & Enoka 2004)
Page 18
Rekrytering av nya motorenheter sker upp till ~80-90% av maximal kraft i större muskler. De sista 10-20% upp till 100% kraft beror främst på ökningar av fyrningsfrekvensen i de snabba enheterna. (Bild från Wernbom & Aagaard, Acta Physiologica 2020) Kraft och/eller effekt Fyrningsfrekvens (impulser/s)
Page 19
Det centrala nervsystemet (CNS) har alltså i princip två sätt att reglera muskelkraften:
- Rekrytering (och de-rekrytering) av
motoriska enheter.
Ordning: S (typ I) → FR (typ IIA)
→ FF (IIAX/IIX) med ökat behov av
kraft och/eller effekt. - Fyrningsfrekvens i de aktiverade motoriska enheterna. ”Firing Rate”. Med ökad viljemässig ”drive” till ryggmärgen ökar både 1 & 2 parallellt. (DG Sale, Strength & Power in Sport 2003)
Page 20
Vad kännetecknar powerträning? Powerträning = träning på låga till måttliga belastningar (~30-60% av 1RM), men med fokus på maximal effektutveckling (power) i den aktuella träningsövningen. Träningen görs med ett explosivt utförande (hög RFD!).
Page 21
(No content)
Page 22
~30-60% av 1RM (Effekt i Watt) Hastighet (V) Kraft (F) = Maximal power
Page 23
Neurala anpassningar till
styrketräning & powerträning
-Rekrytering av fler motoriska enheter
-Ökad maximal fyrningsfrekvens i de aktiva motoriska
enheterna
-Synkronisering av motoriska enheter optimeras
(dock osäker betydelse av detta)
-Inter-muskulär koordination förbättras
(samspelet mellan muskler/muskelgrupper)
Page 24
Perioder av styrke och powerträning ökar möjligen förmågan att rekrytera fler högtröskliga motoriska enheter och därmed också förmågan att utveckla maximal kraft. Situations-, muskel- och individberoende! (Figur från DG Sale, i Strength & Power in Sport 2003)
Page 25
Perioder av styrke & powerträning ökar troligen fyrningsfrekvensen i motorenheterna under maximal ansträngning och därmed ökar också förmågan att utveckla maximal kraft. (Figur från DG Sale, i Strength & Power in Sport 2003)
Page 26
En fyrningsfrekvens på ~50-60 Hz krävs i de snabba motoriska enheterna i en muskel för tetanisk kontraktion och därmed för att muskelkraften ska bli maximal. (Bild från Fysiologi av Lännergren, Westerblad, Ulfendahl och Lundeberg )
Page 27
(No content)
Page 28
Summering - neurala anpassningar till styrketräning & powerträning: 1) Rekryteringen av motoriska enheter kan eventuellt förbättras. -Särskilt om förmågan till muskelaktivering i den aktuella övningen är låg initialt. 2) Fyrningsfrekvensen i motorenheterna under maximal ansträngning ökar ofta med perioder av styrke- och powerträning. 3) Koordinationen mellan olika muskler kan ofta förbättras, särskilt i komplexa övningar. 4) Minskad aktivering av antagonister är gynnsamt för kraftuveckling över leden.
Page 29
Muskeln adapterar till den typ av belastning som den utsätts för
Page 30
Höga krafter och relativt kortvarigt arbete ger signaler till styrka & muskelhypertrofi (främst via ökad muskelproteinsyntes), lägre krafter och längre arbete ger signaler till uthållighet.(Bild från Bigard, 2019)
Page 31
(Egan et al. Cell Metabolism 24, Aug 9 2016)
Page 32
Muskeltillväxt (hypertrofi) Hypertrofi av existerande muskelfibrer anses vara den dominerande mekanismen vid muskelhypertrofi. Dock indikerar en växande mängd studier att muskeltillväxten hos mycket vältränade idrottare inte alltid helt kan förklaras av fiberhypertrofi. Ökningar av antalet muskelfibrer (hyperplasi) via fiber splitting och/eller helt nya muskelfibrer? Alternativt: självselektion till kraftsporter av individer med ett redan högt antal muskelfibrer?
Page 33
A: Hypertrofi av existerande muskelfibrer vid styrketräning via fler och större myofibriller. B: Atrofi av muskelfibrer vid inaktivitet och träningsuppehåll. C: Hyperplasi genom ”fiber splitting” och/eller helt nya muskelfibrer? (Figur från MacDougall 1986 & 2003)
Page 34
Muskelfibern efter akut styrketräning • Uppsplittring av Z-diskar och proteolys av myofibrillernas yttre delar efter hård träning är ofta associerade med aktivering av calpainer* och en ökad proteinomsättning. • Polyribosomer ses ofta på de yttre delarna av myofibriller och skadade Z-diskar efter hård sprint- och styrketräning, vilket är ett tecken på ökad muskelproteinsyntes. • Proteinsyntesen är maximal vid 6-24 timmar men kan vara förhöjd i 48-72 timmar hos otränade individer efter ett styrketräningspass. • Proteinnedbrytningen ökar mindre grad eller är överlag relativt oförändrad. • Ökad proteinsyntes i myofibrillerna så att dessa blir större, samt splitting och nybildning av myofibriller så att de blir fler hela muskelfibern blir större på längre sikt. *Calpainer = kalcium-aktiverade proteaser.
Page 35
Tre olika grader av myofibrillära ”disruptions”: A) Fokala (en sarkomerlängd) B) Måttliga (flera längder) C) Extrema (många längder) (Gibala et al J Appl Physiol 1995)
Page 36
Nya muskelproteiner läggs till befintliga myofibriller, vilka blir större i tvärsnittsarea (CSA). Myofibriller kan också splittas och helt nya kan bildas, vilket ökar deras antal. Hela muskelfibern växer i CSA! (MacDougall 1986)
Page 37
För att en muskelfiber ska växa krävs en ökad proteinsyntes, vilket vid större hypertrofi troligen kräver fler muskelcellkärnor (”myonuclei”). Detta kräver i sin tur att satellitceller aktiveras och börjar proliferera. (L-E Thornell, F Kadi, A Eriksson, Svensk Idrottsforskning 2001)
Page 38
(Bild från TJ Hawke, Exerc Sport Sci Rev 2005) Satellitceller är musklernas stamceller och bidrar till muskeltillväxt genom att bli nya myonuclei efter fusion med muskelfibrer, samt till regeneration av skadade fibrer. De kan även bilda nya muskelfibrer.
Page 39
Tidsförlopp för neurala och muskulära anpassningar och deras relativa bidrag till den totala styrkeökningen. (Figur från DG Sale, i Strength & Power in Sport 2003)
Page 40
Muskelminne: kan muskler ”komma ihåg” tidigare styrketräning?
Page 41
”Muskelminne”: en muskel som en gång varit stark har lättare för att hypertrofiera igen efter träningsuppehåll, sannolikt delvis tack vare ett ökat antal cellkärnor. Epigenetiska förändringar troligen också viktiga! (Bild från Bruusgaard et al PNAS 2010)
Page 42
Nya bevis för myonukleärt muskelminne hos människor från en styrketräningsstudie: ett ökat antal myonuklei (~30%) i muskelfibrerna i biceps brachii efter en period av styrketräning upprätthölls under en period av 16 veckors träningsuppehåll. (Cumming et al. J Physiol 2024)
Page 43
”The jury is still out” om ett ökat antal myonuclei bibehålls hos människor vid mer långvariga träningsuppehåll och inaktivitet, samt med åldrande! Kanske en del av de ”extra” myonuclei som tillförts med träning förloras, medan andra av dessa myonuclei bibehålls? Myonucleärt muskelminne kan också eventuellt skilja sig åt mellan olika muskler. (Anders Eriksson, avhandling 2006) Således ännu oklart i vilken utsträckning som ett ökat antal myonuclei kan åstadkomma ”muskelminne” hos människa.
Page 44
Nyare studier har dock visat att epigenetiska förändringar kan bidra till ”muskelminne” vid styrketräning. Epigenetiska förändringar: själva DNA-t förändras inte, men uttrycket av gener på mRNA-nivå kan förändras ändå, genom exempelvis hypo eller hyper-metylering av den aktuella genen. Enkelt uttryckt: gener kan ”slås av” eller ”slås på” genom epigenetik.
Page 45
(No content)
Page 46
(No content)
Page 47
Även om epigenetiska förändringar t ex via DNA- methylering kan sitta kvar under lång tid kan även dessa dock tänkas att avta och t o m försvinna med tiden! Långt ifrån alla epigenetiska förändringar är permanenta! De flesta träningsstudier som undersökt epigenetiskt muskelminne av träning (både styrke- & konditionsträning) har endast undersökt några få månaders träningsuppehåll! Det finns inte bara positiva (prestationsfrämjande) utan också negativa epigenetiska förändringar!
Page 48
Muskelminne via ett ökat antal myonuclei och epigenetiska förändringar kanske existerar samtidigt och i så fall har dessa troligen additiva eller synergistiska effekter! Nervsystemets minne av träningsrörelser ska dock inte glömmas bort då det förmodligen också har betydelse för fenomenet ”muskelminne”. (Bild från Sharples & Turner. Am J Physiol 2023)
Page 49
Träningsvärk (DOMS) • ”Delayed onset muscle soreness” (DOMS) inträder 12-24 timmar efter hård träning, är ofta kraftigast vid 48 timmar. • Särskilt excentriska muskelkontraktioner, men även träning under blodflödesrestriktion* kan framkalla träningsvärk. • Träningsvärk är ofta associerat med remodellering av såväl muskelfibrer som extracellulära matrix (ECM), bland annat via uttryck av Tenascin-C i ECM. • Värken sitter i ECM/interstitiet mellan muskelfibrerna, där det finns mekaniskt känsliga nociceptorer (Aδ- och C-fibrer). • Aδ- och C-fibrer sensitiseras av nerve growth factor (NGF) och glial-derived neurotrophic factor (GDNF), vilka bildas särskilt efter excentriska muskelkontraktioner. (*Wernbom et al. 2006, 2009, 2012, m fl)
Page 50
Excentriska kontraktioner (”lengthening contractions”) kan leda till frisättning av adenosin. Blodkärl svarar med frisättning av bradykinin (BK). Bradykinin stimulerar BK- receptorer i muskelfibrerna, som bildar NGF och GDNF. NGF och GDNF sensitiserar nociceptorer träningsvärk. (Mizumara & Taguchi, J Physiol Sci 2016 & 2024)