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Dissertation: Sebastian Gehlert


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Dissertation: Sebastian Gehlert

Dissertation / Doktorarbeit / Thesis

Deutsche Sporthochschule Köln
Molekulare und Zelluläre Sportmedizin
Gehlert, Sebastian (2013): Akute und chronische Anpassung des humanen Skelettmuskels auf Kraft- und Ausdauerbeanspruchungen Zusammenfassung:
Problematik: Die allgemeine Trainingslehre orientiert sich in der Konzeption von Belastungsmustern im Trainingsprozess überwiegend an allgemeingültig formulierten Trainingsprinzipien. Obwohl diese Prinzipien für den Trainer und Athleten ein gutes Rahmenkonzept liefern, fehlen diesen Leitsätzen vielfach inhaltlich begründete Fakten der biologisch zellulären Anpassung des Skelettmuskels sowie der zugrunde liegenden biologischen Mechanismen. Dies hat zur Folge dass wesentliche Anpassungsvorgänge des Skelettmuskels, als Folge von geplanten Trainingskonzepten, bislang mehr auf Versuch und Irrtum beruhen denn auf weitgehender Planbarkeit myozellulärer Anpassung. Zielsetzung: Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel die Ebene der biologisch zellulären Anpassung des Skelettmuskels mit gut definierten Belastungsmustern auf akute und langfristige Kraft- und Ausdauerbeanspruchung zu verknüpfen. Hierdurch sollten weiterführende Informationen zur Trainingskonzeption im Krafttraining, zum Zeitverlauf muskulärer Ermüdungsparameter nach Belastung, sowie zur Fasertyptransformation durch Ausdauertraining generiert werden. Methodik: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden drei unterschiedliche Einzelstudien durchgeführt. Studie 1: An 22 männlichen Probanden wurden drei definierte akute Krafttrainingsbelastungen mit unterschiedlichen Belastungsintensitäten aber gleicher Zeit unter Muskelspannung appliziert. Im akuten Zeitverlauf nach Training wurden mehrfach Muskelbiopsien entnommen um frühe Signaltransduktionsprozesse im Skelettmuskel zu untersuchen und hinsichtlich Ihrer Effektivität auf die Dynamik der Signalantwort einzuordnen. Studie 2: An 7 männlichen Probanden wurde eine maximal exzentrische Krafttrainingsbelastung appliziert. Im engen Zeitverlauf wurden Muskelbiopsien entnommen und im akuten Zeitverlauf auf die potentielle Phosphorylierung des Ryanodinrezeptors-1 untersucht welcher für das Ca2+-handling und die Skelettmuskelermüdung eine besondere Rolle spielt. Studie 3: Über ein 12-wöchiges, umfangsbetontes Radausdauertraining wurde eine gezielte Erhöhung neuromuskulärer Aktivität an 21 männlichen Probanden appliziert. An Muskelbiopsien unmittelbar vor und nach der Trainingsintervention wurden Veränderungen der Muskelfaserverteilung bestimmt. Dies sollte Aufschluss darüber geben, ob erhöhtes Trainingsvolumen, auch bei heterogenen Probandenkollektiven hinsichtlich der basalen Fasertypverteilung, eine gerichtete Transformation in Richtung langsamer Fasertypen induziert. Ergebnisse: Es wurden drei wesentliche Kernergebnisse festgestellt. Studie 1: Erhöhte Krafttrainingsintensität generiert eine stärkere Antwort des Skelettmuskel Signalings als submaximale Kraftbeanspruchung. Studie 2: Intensive Kraftbeanspruchung induziert die Phosphorylierung von RyR1 bis 60min nach Trainingsbelastung und generiert darüber potentiell kontraktilitätsmindernde Prozesse auf den Skelettmuskel. Studie 3: Mehrwöchiges, extensives Radausdauertraining induziert eine vermehrte Expression von Typ I Fasern in Abhängigkeit von der basalen Verteilung der Fasertypen und der individuellen Leistungsfähigkeit.
Fazit: Die in der vorliegenden Arbeit dargestellten Zusammenhänge sind für die angewandte Trainingswissenschaft von hoher Bedeutung da sie die Wirkung essentieller Parameter der Belastungssteuerung mit zellulär gemessenen Fakten der Skelettmuskelanpassung kombinieren. Die Befunde können einen Beitrag dazu leisten, eine sensiblere Konzeption akut und langfristig angelegter Trainingsprogramme vorzunehmen, sofern die Applikation akuter Belastungsvariablen stärker überdacht wird. Die dargestellten Ergebnisse weisen insbesondere dem Faktor der Belastungsintensität, sowohl unter der Maßgabe intensiver Kraft- als auch extensiver Ausdauerbelastung, eine bedeutsame Rolle für die Trainingsgestaltung zu.


Abstract:

Introduction: The conception of practical training applications is predominantly carried out after generalized principles. Although these guidelines entail a good framework for the planning of training strategies, the basis of these principles is not founded on comprehensible biological mechanisms of skeletal muscle adaptation. Hence, anticipated adaptations of skeletal muscle in response to exercise programs pursue mainly the principle of “Try and Error” than being precisely comprehensible as a consequence of defined exercise interventions. Purpose: The present study endeavored to link the level of molecular and cellular skeletal muscle adaption with defined modulations of relevant exercise determinants for resistance and endurance exercise. It was aimed to add further knowledge concerning training conception in resistance exercise, the time course of fatiguing mechanisms in acutely loaded skeletal muscle and myofiber type transformations in response to endurance exercise. Methods: Within the scope of the present work three distinct studies were conducted. Study 1: Three different resistance exercise modes with distinct resistance exercise intensity but equalized time under tension were applied to 22 male subjects. Acutely after exercise several muscle biopsies were collected to assess the acute signaling response of loaded skeletal muscle and to compare signaling dynamics concerning the most effective training stimulus induced by these exercise modes. Study 2: Maximal eccentric resistance exercise was applied to 7 male subjects. Several muscle biopsies were collected in an early time course upon resistance exercise and were further investigated on potential phosphorylation events of ryanodine receptor-1 which plays a key role in facilitating myocellular Ca2+-handling and skeletal muscle fatigue. Study 3: By the elevation of extensive cycling training volume over 12 weeks we applied increased neuromuscular activity to 21 male subjects. Muscle biopsies were collected “Pre” and “Post” to the exercise intervention and changes in skeletal muscle myofiber distribution were assessed. We aimed to comprehend whether potential increases in neuromuscular activity induces the general transition of myofiber types towards increased type I myofiber abundance, regardless of a basal heterogeneous myofiber type disposition. Results: We determined three key results. Study 1: Higher resistance exercise intensity induces a stronger response of anabolic signaling in skeletal muscle compared to exhausting and submaximal resistance exercise. Study 2: Intense resistance exercise induces the phosphorylation of RyR1 up to 60 min after stimulation and hereby generates the potential to decline skeletal muscle contractility. Study 3: Extensive cycling exercise over several weeks induces the increased expression of type I myofibers in dependency of basal myofiber distribution and individual performance levels. Conclusion: The depicted relations of the present work are of high importance for applied exercise sciences since the effects of major exercise parameters are linked with well determined facts of skeletal muscle adaptation. These findings may contribute to a more sensitive conception of acute and long term applied exercise interventions, when acute variables for exercise determinants, e.g exercise intensity, are stronger reconsidered. The obtained results importantly attribute the intensity of muscle contractions to be of crucial importance for the maintenance and facilitation of skeletal muscle adaptation in response to intensive resistance and extensive endurance exercise interventions.


16.12.2017 - 03:15