Mechanisms contributing to knee extensor strength loss after prolonged running exercise

Abstract

The aim of this study was to identify the mechanisms that contribute to the decline in knee extensor (KE) muscles strength after a prolonged running exercise. During the 2 days preceding a 30-km running race [duration 188.7 +/- 27.0 (SD) min] and immediately after the race, maximal percutaneous electrical stimulations (single twitch, 0.5-s tetanus at 20 and 80 Hz) were applied to the femoral nerve of 12 trained runners. Superimposed twitches were also delivered during isometric maximal voluntary contraction (MVC) to determine the level of voluntary activation (%VA). The vastus lateralis electromyogram was recorded. KE MVC decreased from pre- to postexercise (from 188.1 +/- 25.2 to 142.7 +/- 29.7 N x m; P < 0.001) as did %VA (from 98.8 +/- 1.8 to 91.3 +/- 10.7%; P < 0.05). The changes from pre- to postexercise in these two variables were highly correlated (R = 0.88; P < 0.001). The modifications in the mechanical response after the 80-Hz stimulation and M-wave peak-to-peak amplitude were also significant (P < 0.001 and P < 0.05, respectively). It can be concluded that 1) central fatigue, neuromuscular propagation, and muscular factors are involved in the 23.5 +/- 14.9% reduction in MVC after a prolonged running bout at racing pace and 2) runners with the greatest KE strength loss experience large activation deficit.

Effect of stimulation intensity on assessment of voluntary activation

“…Therefore, calculation of VA 60-100% may be less accurate for submaximal muscle stimulation. However, in common practice, when VA is usually determined by the superimposed responses upon the highest of a few maximal voluntary contractions, 9,[22][23][24] there are indications that VA may be overestimated with maximal nerve stimulation. Several subjects were able to elicit voluntary torques above MTC 100% , and consequently VA 100% was calculated to be above 100%.…”

“…Therefore, in most studies VA has been calculated with the superimposed responses upon the highest of a few maximal voluntary contractions. 9,[22][23][24] However, if the relationship indeed is curvilinear, VA is overestimated for lower contraction intensities, 2,3,7,25 such as those observed in patients. 2,9,10,12 For maximal contractions VA may also be overestimated, but without a gold standard for the maximal torque capacity (MTC), the extent of overestimation cannot be assessed.…”

Efeito agudo do exercício aeróbio com diferentes volumes no desempenho de força em indivíduos fisicamente ativos

“…diferentes velocidades de contração ou em ações musculares específicas) a magnitude de interferência no desempenho de força após a realização do exercício aeróbio pode ser diferente. Dentre as alterações neuromusculares observadas após a realização do exercício aeróbio de maior volume, podemos destacar a redução da capacidade do músculo esquelético gerar força voluntária máxima, a redução no nível de ativação muscular e a menor atividade eletromiográfica (LEPERS et al, 2000(LEPERS et al, , 2002MILLET et al, 2003;PETERSEN et al, 2007;PLACE et al, 2004;ROSS et al, 2010). Estas reduções podem ser devido a alterações metabólicas nas fibras recrutadas, na eficiência do processo acoplamento excitação-contração e no recrutamento das unidades motoras (LEPERS et al, 2000;MILLET et al, 2003;ROSS et al, 2010 Nota: ↓ = diminuição; wVO2pico = produção de potência correspondente ao consumo pico de oxigênio; vVO2máx = velocidade correspondente ao consumo máximo de oxigênio; wVO2máx = produção de potência correspondente ao consumo máximo de oxigênio; min = minutos; RM = repetição máxima; Lan = limiar anaeróbio; LV2 = limiar ventilatório 2; FCmáx = frequência cardíaca máxima; Vpico = velocidade máxima atingida no teste progressivo máximo; TF = treinamento de força; reps. = repetições; x = séries; Kcal = quilocalorias; km = quilômetros.…”

“…De maneira geral, ao observar os estudos disponíveis na literatura parece que protocolos de exercício aeróbio com maior volume ou duração resultam em maiores prejuízos na força quando comparados com estudos que utilizaram exercícios aeróbios com menor duração (LEPERS et al, 2000(LEPERS et al, , 2002MILLET et al, 2003;PETERSEN et al, 2007;PLACE et al, 2004;ROSS et al, 2010), indicando que o volume do exercício aeróbio é um fator que deve ser considerado. No entanto, esses efeitos foram observados em parâmetros neuromusculares (i.e.…”

“…Baseado nas informações disponíveis na literatura (LEPERS et al, 2000(LEPERS et al, , 2002MILLET et al, 2003;PETERSEN et al, 2007;PLACE et al, 2004;ROSS et al, 2010, WILSON et al, 2012, este estudo tem como hipótese que o maior volume de exercício aeróbio resultará numa maior interferência no desempenho de força máxima e de resistência de força quando comparado com o menor volume.…”