Effekter på muskelhypertrofi av koncentrisk och excentrisk styrketräning.


Idag tänkte jag skriva om en ny studie som mitt norra öga skådade.

Det är en intressant studie som jämför effekter av koncentrisk och excentrisk styrketräning (d v s när man gör en ”vanlig” repetition, kontra när man ”håller emot” på tillbakavägen från ”topp-läget”.)

Studien ifråga är: ”Architectural, functional, and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle”. (M.V Franci, et al. 4 Jan 2014)

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/apha.12225/abstract

 

kaffe

(Kaffe är ganska bra när man skriver långa artiklar).

 

Bakgrund:

Först och främst tänkte jag kortfattat redogöra för lite muskelanatomi som ni kan ha nytta av i den här artikeln och säkert i andra sammanhang, när ni läser artiklar som berör ämnet osv. Det ger mig också ett tillfälle att kolla mitt minne. Till min hjälp använder jag mig av bilder från en bok i träningsfysiologi (Physiology of sport and exercise, Wilmore/Catell 2004) jag har hemma (man får inte använda sig av bilder hur som helst på nätet tyvärr).

Vi tar det på olika förstoringsnivåer och börjar längst upp, för att arbeta oss ned till musklernas minsta funktionella beståndsdelar; sarkomererna och filamenten actin och myosin som skapar muskelkontraktionerna i våra muskelfibrer.

 

Bloggbild1

(Wilmore, Costill 2004)

Här ser vi en hel muskel som fäster till skelettet (därav ordet ”skelettmuskulatur”) till skillnad från glatt muskulatur och hjärtmuskulatur. Vi ser att muskeln består av muskelfasciklar, vilket i praktiken är buntar av muskelfibrer.

Vidare är en enskild muskelfiber en muskelcell, vilket kan vara bra att känna till om man stöter på orden.

Epimysium är stödvävnad som omger muskeln, perimysium stödvävnad som omger muskelfasciklarna och endomysium stödvävnad som omger muskelfibrerna.

En muskelfiber kan ha flera olika cellkärnor (”nuclei” på bilden) och varje kärna försörjer ett område kallat ”myonuclear domain”. När en muskel växer kan fler cellkärnor behöva inkorporeras för att försörja en större muskelfiber. Där kommer satellitceller in i bilden, men det är något jag berör lite mer längre ner i diskussionen.

Muskelfibrerna i sig består vidare av myofibriller (stavliknande strukturer som ligger raklånga längs med hela muskelcellen) och en muskel består av allt ifrån flera hundra till flera tusen myofibriller. Dessa består i sin tur består av musklernas kontraktiva element ”sarkomerer” (och actin och myosin).

Bloggbild2

(Wilmore/Costill 2004)

Ovan ser vi en individuell muskelfiber i genomskärning. Texten är lite suddig men jag hoppar den är läsbar; annars kan ni klicka på bilderna så blir de större. Vi ser myofibriller, vi ser muskelcellens cellmembran (”sarkolemman”), vi ser en cellkärna (”nucleus”), där gener transkriberas, vi ser transversala tubuler (som förmedlar nervimpulser in i cellen och låter ämnen komma in och ut), vi ser det sarkoplasmiska retikulumet som grenar sig runt myofibrillerna och som fungerar som förvaringsplats för kalcium (som är essentiellt för muskelkontraktion), vi ser mitokondrier som är våra energiskapande organeller där ATP skapas och vi ser sarkoplasman som är motsvarande cytosolen (cellvätskan) i muskelceller.

 

Bloggbild3

(Wilmore/Costill 2004)

Här ser vi en sarkomer, den grundläggande funktionella delen av en muskelcell och det är här muskelkontraktioner sker. Ni behöver inte bry er om I-band, A-band etc nu; det är begrepp för att strukturera upp sarkomeren i olika delar. Z-disken är hur som helst zick-zack-”linjen” som delar två sarkomerer åt.

Sarkomeren består av två filament (fiberliknande struktur, lång kedja av protein essentiellt); actin och myosin, där myosin är tjockare och actin smalare.

 

Bloggbild4

(Wilmore/Costill 2004)

Myosin (som ni ser på bilden) består av två proteinlängor som tvinnar sig omkring varandra med myosin-”huvuden” som sticker upp vid jämna mellanrum. Actin består i sin tur av actin, samt proteinen troponin och tropomyosin som tvinnar sig runt varandra, enligt ovan.

Myosin fäster vid m-linjen i mitten av sarkomeren, något som åstadkoms av proteinet titin. Actin i sin tur fäster vid z-disken längst ut på sarkomeren, med hjälp av proteinet nebulin.

För att går en lång historia kort (jag kommer snart till huvudtemat för den här artikeln) så sker en muskelkontraktion kortfattat på följande sätt:

En motor-nerv (nervcell som innerverar muskelfibrer direkt), kan vara bunden till flera muskelfibrer och således få flera muskelfibrer att kontrahera samtidigt. Motor-nerven skickar ut acetylkolin (friska upp minnet kring nervöverföringar i min artikel om BDNF om ni vill) i synapsklyftan mellan nervcellen och muskelcellen, kallad ”neuromuscular junction”, d v s där nervsystem och skelettmuskulatur möts.

Acetylkolin binder till sin receptor på muskelcellens cellmembran (”sarkolemman”, minns ni?) och leder till att natrium-jonkanaler öppnas upp, vilket gör att natrium åker in i muskelcellen och minskar laddningen mellan innanför och utanför. Om tillräckligt med acetylkolin binder och muskelcellen registrerar en tillräcklig förändring av den elektrokemiska gradienten mellan insida- och utsida cell, så sker en depolarisering (”allt-eller inget”; d v s generationen av en aktionspotential) av cellmembranet. Cellmembran depolariseras aldrig bara lite.

Den här elektriska impulsen färdas längs med muskelfiberns utsida tills den når transversala tubulerna, då impulsen tar sig in i cellen och stimulerar sarkoplasmiska retikulumet att utsöndra kalcium. Kalcium i sin tur binder till troponin på actin-filamentet i sarkomeren, vilket leder till att troponin knuffar undan tropomyosin från ”binding sites” på actin-filamentet. Nu binder myosinhuvudena istället hårt till dessa bindningsområden på actinfilamentet och kopplar ihop actin och myosin.

Med hjälp av energi från ATP (myosinhuvudena har bindningsställen för ATP) så drar nu myosinhuvudena actin inåt mitten av sarkomeren, via att hela tiden byta till ett nytt bindningsställe längre ut på filamentet när de dragit en bit. Effekten blir att actinfilamenten dras inåt och myosinfilamenten närmar sig z-diskarna (se bilden ovan och föreställ er hur det ser ut). Det sker alltså en förkortning av muskeln (sarkomerer) och actinfilamenten överlappar till slut varandra i mitten.

Och det här mina vänner, är essentiellt en grundläggande förklaring för hur muskelkontraktion går till. Även kallat ”the sliding filament theory” (Wilmore/Costill 2004).

Jag hade kunna skriva mycket mer om skelettmuskulatur, men som sagt var det här mest menat som en inledning och som bakgrund som jag tror kan vara matnyttig att ha med sig inför artikeln jag tänkte diskutera nedan.

 

Syfte:

Studiens syfte var alltså att jämföra koncentrisk och excentrisk styrketräning avseende skillnader i muskelarkitektur, samt molekylära och funktionella effekter. Man gjorde två studier: en studie under 10 veckor för att utröna kroniska effekter av ovan nämnda styrketräning och en additiv studie på akuta effekter (där man rekryterade 14 män till) av samma former av träning, nära inpå ett enstaka pass (återkommer mer till den längre ner i texten).

Studiedeltagare:

I huvudstudien använde man sig av 12 studiedeltagare, vilka samtliga var unga män med snittålder på 25 år, längd 182 cm och vikt ~72 kg.

Studiemetod:

Studiedeltagarna (som för övrigt inte styrketränade vid tillfället) fick styrketräna i 10 veckors tid. De matchades för baseline styrka och delades in i två träningsgrupper; en för koncentrisk träning och en för excentrisk träning, med sex deltagare i varje grupp.

Som träningsredskap användes en benpressmaskin, som man fiffigt nog kunde ställa in så att bara endera av rörelsemomenten användes; bara koncentrisk eller excentrisk fas:

”…This was achieved using an electric engine attached to the back of the leg-press: in the EG, the chair was pulled back with a cable that connected the electric winch to the weight stack via a steel cable, ensuring that subjects did not exert any force with their quadriceps to perform what would otherwise have been the concentric component of the exercise. When the chair was released, it enabled the subject to lower the training load under control through an ECC contraction of the quadriceps.

Conversely the CG performed a CON-only movement consisting of lifting the load. In this case the engine operated only during lowering of the load, ensuring that subjects did not exert any force with their quadriceps to perform what would have otherwise been the eccentric component of the exercise.

(M.V Franchi et al. 2014)

 

Hur bedrevs styrketräningen?

Man tränade tre gånger i veckan, med ett ben i taget. Vikten som användes var 80% av 1RM för både koncentrisk och excentrisk träning, med 4 set a 8-10 reps med 1 minuts vila mellan set. Det här innebär i praktiken att den koncentriska gruppen alltså använde sig av en tyngre vikt då man vet att man orkar mer i den excentriska fasen jämfört med den koncentriska och man ville jämföra dessa två former av träning i praktisk mening.

 

Mätmetoder:

Man använde sig bland annat av EMG (elektromyografi) och MRI för att kolla nervsignalering och muskelförändringar i vastus lateralis (en del av lårmuskeln som väldigt ofta förekommer som ”mät-muskel” inom träningsforskning). Man mätte också längden på muskelfasciklar (buntar av muskelfibrer, se bild längre upp) och ”muscle pennation angle” (en vinkel kring området där musklerna fäster till skelettet, kortfattat).

Man mätte också MVC (maximum voluntary contraction), d v s en maximal muskelkontraktion i berörd muskulatur (lårmuskel).

En mängd statistiska tester utfördes för att se effekt av interaktioner; two-way ANOVA (analysis of variance), där man utrönar effekten av olika oberoende variabler på en beroende variabel. Man använde post-hoc (”efter tid”) test för att studera om det fanns signifikanta interaktioner mellan träningsgrupperna och tid i studien. Man kollade också om träningsgruppernas genomsnittliga resultat skilde sig signifikant åt sinsemellan med independent t-test (students t-test).

 

Den mindre extrastudien avseende akuta effekter:

Denna sidostudie bestod av 14 män, med liknande ålder och vikt/längd.  De utförde precis samma träning som i huvudstudien, men bara ett pass. Man tog muskelbiopsier ur vastus lateralis (lårmuskeln) före och 30 minuter efter passet för att uppmäta eventuella akuta effekter av träningen. Man ville bland annat se molekylära effekter på mTOR, MAPK (mitogen-activated protein kinase) som är proteinkinas inblandade i en mängd funktioner, bland annat celldelning, differentiering, apoptos, genuttryck etc. Man studerade även inflammatorisk signalering.

 

Resultat:

Jag talar om gruppen som tränade under 10 veckor först.

Man såg till att börja med att den totala vikten som lyfts var större i  den excentriska jämfört med den koncentriska gruppen (132 592 v s 105 120 kg, p < 0.01), vilket jag förklarade tidigare; d v s att man orkar mer vikt vid excentrisk träning och att det var en medveten del av studien för att ”simulera” real life effekter så att säga. Kvoten mellan den excentriska och koncentriska gruppen för sammanlagd lyft vikt låg mellan 1.21 -1.29.

* Båda grupper ökade sitt 1RM signifikant mot baseline, men med ingen skillnad mellan grupperna.

* Båda grupper ökade muskelstorleken i vastus lateralis (koncentrisk +8%, excentrisk +6%; p < 0.0001), men med ingen signifikant skillnad mellan grupperna. De ökade alltså lika mycket i muskelstorlek.

* Muskelfasciklarnas längd ökade signifikant mer i den excentriska träningsgruppen, jämfört med den koncentriska (12% v s 5%, p < 0.01). Pennation angle, som jag var inne på ovan ökade mer i den koncentriska jämfört med den excentriska träningsgruppen (30% v s 5%, p < 0.0001 respektive p < 0.05).

* Maximal muskelkontraktion i lårmuskeln ökade likvärdigt i båda träningsgrupperna (excentrisk 11%, koncentrisk 9%, p < 0.05)

* De olika träningsformerna medförde hypertrofi i olika delar av vastus lateralis. Den koncentriska träningen ökade muskelstorleken mer i mitten av muskeln (koncentrisk 11%, excentrisk 7%, p <0.01) och den excentriska ökade muskelstorleken längre ut på muskeln (excentrisk 8%, koncentrisk 2%, p < 0.05).

Baserat på dessa fynd rekryterades en till grupp människor för att jämföra effekter på fascikellängd vid excentrisk och koncentrisk träning. Man såg återigen att muskelfasciklarna sträcktes och blev signifikant längre av excentrisk och förkortades vid koncentrisk träning.

Tillbaks till den mindre studien där man mätte molekylär signalering (som tros vara involverad i träningsadaptioner) 30 minuter efter ett enstaka styrketräningspass. Man såg ökade nivåer av MAPK 30 minuter efter avslutat excentriskt pass, men inte koncentriskt.

Man såg inte heller någon effekt på mTOR eller p70S6k1 efter något av passen, men man såg en minskning av 4E-BP1 i den koncentriska gruppen. (Min anmärkning: Den kan kanske vara för kort tid efter passet för att se effekter på mTOR och p70S6k1, plus att man inte tillförde näring, ie aminosyror). Man såg också icke-signifikanta skillnader i inflammatorisk signalering efter båda passen.

 

Sammanfattning/diskussion:

Den här studien är den första som använder sig av relativ 1RM för både koncentrisk och excentrisk träning, som alltså leder till att vikterna som används i praktiken kommer att skilja sig åt eftersom att man som sagt orkar mer i den excentriska fasen. Det här är ju intressant för det riktiga livet, då det är så det ser ut om man tränar på gymmet; man orkar mer om man håller emot i t ex stångcurls, från toppläget och ner, än om man ska lyfta upp stången från bottenläget.

Författarna lyfter i studiens diskussionsdel upp att man i sin studie såg samma ökning av muskelmassa i båda träningsgrupperna och nämner också att det i tidigare studier setts större ökningar vid excentrisk träning vad gäller storlek på muskelfibrer, samt en trend mot ökad tvärsnittsyta av muskulatur.

Det är intressant att notera att muskelfasciklarna blev längre av båda träningsformerna, men signifikant längre av excentrisk jämfört med koncentrisk träning.

Man har för övrigt tidigare sett liknande effekter i den här kontexten hos äldre vuxna vid excentrisk träning (som jämfördes med vanlig styrketräning, d v s inte koncentrisk specifikt).

Den här studien är dock den första i sitt slag som studerar koncentrisk och excentrisk styrketräning isolerat hos unga människor.

Jag tror definitivt att det är en bra idé att baka in rent excentrisk träning i sitt träningsprogram, särskilt när man börjar bli mer avancerad. Satellitceller, som jag nämnde tidigare i texten, är celler som återfinns i muskler och som både kan bilda nya cellkärnor i muskelceller (för att muskeln ska kunna växa) och som kan differentiera till nya muskelfibrer. De är också viktiga för att reparera skadade muskler. Tillväxtfaktorer i skelettmuskulatur, som IGF-1 är övrigt viktiga för att stimulera aktivitet hos satellitceller.

Excentrisk träning har nämligen också visat sig öka mängden satellitceller i typ 2-muskelfibrer (de snabbt kontraherande muskelfibrerna) hos människor:

A single bout of high-force eccentric exercise increases muscle fiber SC (satellite cell, min anm.) content and activation status in Type II but not Type I muscle fibers.”

(Cermak N.M, et al 2013)

En sak jag också spontant funderar över, är hur olika övningar onekligen gör sig olika bra för excentrisk träning. I en del övningar är det lättare att komma upp med en tung vikt i ”topp-läget” i som t ex stångcurls av olika slag. I en smith-maskin (eller rack med ”safety pins”) kan man ju också göra övningar som bänkpress och axelpress mer lämpade för excentrisk träning om man inte har passare. En vanlig benpress är ju dålig för excentrisk träning då man inte kan lassa på mer vikt än man klarar av att trycka upp koncentriskt och som skulle behövas för att göra den excentriska delen effektivare.

En övning som fungerar prima för excentrisk träning och som jag gjort en del själv är viktade chins (och variationer av chins/pullups). Har du en pall eller dylikt så är det bara ställa sig upp i toppläget och hålla emot på tillbakavägen. Men lassa inte på för mycket åt gången, då det finns risk för skador. Gör små ökningar i den excentriska rörelsen från dina koncentriska max.

Ni kommer säkert på andra övningar som kan lämpa sig.

Vidare var ju ett väldigt intressant fynd i studien skillnaden i regional hypertrofi som uppmättes. Excentrisk träning ökade muskeltillväxten längre ut på muskeln och koncentrisk träning ökade muskeltillväxten mer i mitten (på vastus lateralis).

Den koncentriska träningen medförde sannolikt att sarkomerer packades ihop mer tvärsöver  i muskeln (parallellt) än på längden och den excentriska träningen att sarkomerer adderades just på längden.

En del mindre frågetecken kring tekniska aspekten av studien finns, t ex hur man uppmätt olika saker och vilka delar av muskeln man studerat, smärre extrapolering osv. Men sammantaget inget stort.

Däremot så är det relativt få studiedeltagare och som dessutom inte tränade vid studietillfället, vilket tyvärr säger rätt lite om hur tränade de är i övrigt. Något som kan vara väldigt relevant i sammanhanget. Dessutom var studiedeltagarna få (12 i huvudgruppen, 14 i den mindre sidostudien) och saker som kost kontrollerades inte alls. I övrigt en välkomponerad studie tycker jag.

Man kan också fråga sig hur de här resultaten skulle se ut över tid. Dock varade studien i 10 veckor, d v s två och en halv månad, vilket är intressant.

Den excentriska fasen hade för övrigt också längre TuT (time under tension) än den koncentriska, 3 v s 2 sekunder vilket forskarna tar upp i diskussionsdelen av studien. Dock menar de att det förmodligen är egalt då man i så fall borde sett skillnad i hypertrofi mellan grupperna vilket man inte gjorde. Däremot såg man som sagt skillnad i vilken del av muskeln som växte.

It could also be argued that one limitation of this study is the different time under tension curve found in the two types of contractions: as stated, the greater time under tension in the eccentric mode was specifically chosen to enable to perform the lengthening/lowering of the load phase in safety.

Nevertheless, as previous studies have shown (Burd et al. 2012) the greater time under tension curve is associated to increased anabolic response. If this was the case in this study, we should have observed differences in hypertrophic response (i.e. ECC Vol > CON Vol), which did not occur.

Burd and colleagues investigated the anabolic responses to different time under tension comparing 1 second contractions vs. 6 seconds ones (6-fold greater) whereas the present investigation used 2 sec vs. 3 sec (0.5-fold difference): it is likely that this relatively smaller difference in time under tension was not sufficient to trigger different hypertrophic adaptations

(Franchi, M.V et al 2014)

Det finns givetvis mer att säga på området, men som vanligt får man ta och avrunda någonstans och här blir ett bra tillfälle. Jag hoppas ni tyckte om artikeln. På återseende.

 

 

 

 

 

 

Annonser

5 responses to “Effekter på muskelhypertrofi av koncentrisk och excentrisk styrketräning.

  1. Pingback: Tankar om träning del 2 | Träning och nutrition·

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s