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Neuromuscular adaptations of either endurance or high-intensity interval training

Neuromuskuläre Anpassung bei Ausdauer oder Hochintensiv-Intervalltraining

  • During the last decade, high intensity interval training (HIIT) has been used as an alternative to endurance (END) exercise, since it requires less time to produce similar physiological adaptations. Previous literature has focused on HIIT changes in aerobic metabolism and cardiorespiratory fitness, however, there are currently no studies focusing on its neuromuscular adaptations. Therefore, this thesis aimed to compare the neuromuscular adaptations of both HIIT and END after a two-week training intervention, by using a novel technology called high-density surface electromyography (HDEMG) motor unit decomposition. This project consisted in two experiments, where healthy young men were recruited (aged between 18 to 35 years). In experiment one, the reliability of HDEMG motor unit variables (mean discharge rate, peak-to-peak amplitude, conduction velocity and discharge rate variability) was tested (Study 1), a new method to track the same motor units longitudinally was proposed (Study 2), and the level of low (<5Hz) and high (>5Hz)During the last decade, high intensity interval training (HIIT) has been used as an alternative to endurance (END) exercise, since it requires less time to produce similar physiological adaptations. Previous literature has focused on HIIT changes in aerobic metabolism and cardiorespiratory fitness, however, there are currently no studies focusing on its neuromuscular adaptations. Therefore, this thesis aimed to compare the neuromuscular adaptations of both HIIT and END after a two-week training intervention, by using a novel technology called high-density surface electromyography (HDEMG) motor unit decomposition. This project consisted in two experiments, where healthy young men were recruited (aged between 18 to 35 years). In experiment one, the reliability of HDEMG motor unit variables (mean discharge rate, peak-to-peak amplitude, conduction velocity and discharge rate variability) was tested (Study 1), a new method to track the same motor units longitudinally was proposed (Study 2), and the level of low (<5Hz) and high (>5Hz) frequency motor unit coherence between vastus medialis (VM) and lateralis (VL) knee extensor muscles was measured (Study 4). In experiment two, a two-week HIIT and END intervention was conducted where cardiorespiratory fitness parameters (e.g. peak oxygen uptake) and motor unit variables from the VM and VL muscles were assessed pre and post intervention (Study 3). The results showed that HDEMG is reliable to monitor changes in motor unit activity and also allows the tracking of the same motor units across different testing sessions. As expected, both HIIT and END improved cardiorespiratory fitness parameters similarly. However, the neuromuscular adaptations of both types of training differed after the intervention, with HIIT showing a significant increase in knee extensor muscle strength that was accompanied by increased VM and VL motor unit discharge rates and HDEMG amplitude at the highest force levels [(50 and 70% of the maximum voluntary contraction force (MVC)], while END training induced a marked increase in time to task failure at lower force levels (30% MVC), without any influence on HDEMG amplitude and discharge rates. Additionally, the results showed that VM and VL muscles share most of their synaptic input since they present a large amount of low and high frequency motor unit coherence, which can explain the findings of the training intervention where both muscles showed similar changes in HDEMG amplitude and discharge rates. Taken together, the findings of the current thesis show that despite similar improvements in cardiopulmonary fitness, HIIT and END induced opposite adjustments in motor unit behavior. These results suggest that HIIT and END show specific neuromuscular adaptations, possibly related to their differences in exercise load intensity and training volume.show moreshow less
  • Als Alternative zu Ausdauertraining (END) wurde während des letzten Jahrzehnts hochintensives Intervalltraining (HIIT) eingesetzt, da es weniger Zeit in Anspruch nimmt um ähnliche physiologische Anpassungen herbeizuführen. Die Literatur hat sich bislang auf Veränderungen des aeroben Stoffwechsels und der kardiorespiratorischen Fitness durch HIIT konzentriert, es fehlt jedoch an Studien, die sich mit der neuromuskulären Anpassung auseinandersetzen. Deswegen war das Ziel dieser Thesis die neuromuskulären Anpassungserscheinungen durch HIIT und END nach einer 2-wöchigen Trainingsintervention zu vergleichen. Dafür wurde eine neuartige Technik, die sogenannte High-Density Oberflächen Elektromyographie Motoreinheiten Zersetzung (HDEMG) genutzt. Dieses Projekt bestand aus zwei Experimenten, für die junge gesunde Männer zwischen 18 und 35 Jahren rekrutiert wurden. Im Rahmen des ersten Experiments wurde die Reliabilität der HDEMG Variablen (Entladungsrate, Amplitude, Weiterleitungsgeschwindigkeit und die Variabilität der Entladungsrate)Als Alternative zu Ausdauertraining (END) wurde während des letzten Jahrzehnts hochintensives Intervalltraining (HIIT) eingesetzt, da es weniger Zeit in Anspruch nimmt um ähnliche physiologische Anpassungen herbeizuführen. Die Literatur hat sich bislang auf Veränderungen des aeroben Stoffwechsels und der kardiorespiratorischen Fitness durch HIIT konzentriert, es fehlt jedoch an Studien, die sich mit der neuromuskulären Anpassung auseinandersetzen. Deswegen war das Ziel dieser Thesis die neuromuskulären Anpassungserscheinungen durch HIIT und END nach einer 2-wöchigen Trainingsintervention zu vergleichen. Dafür wurde eine neuartige Technik, die sogenannte High-Density Oberflächen Elektromyographie Motoreinheiten Zersetzung (HDEMG) genutzt. Dieses Projekt bestand aus zwei Experimenten, für die junge gesunde Männer zwischen 18 und 35 Jahren rekrutiert wurden. Im Rahmen des ersten Experiments wurde die Reliabilität der HDEMG Variablen (Entladungsrate, Amplitude, Weiterleitungsgeschwindigkeit und die Variabilität der Entladungsrate) untersucht (Studie 1), eine neue Methode zur longitudinalen Verfolgung der Motoreinheiten entwickelt (Studie 2) und die Kohärenz niedriger- (<5Hz) und hoher Frequenzen (>5Hz) der Knieextensoren vastus medialis (VM) und vastus lateralis (VL) gemessen (Studie 4). Das zweite Experiment beinhaltete eine zweiwöchige HIIT und END Intervention, bei der Parameter der kardiorespiratorischen Fitness (beispielsweise die maximale Sauerstoffaufnahme) und Parameter der Motoreinheiten des VM und VL vor- und nach der Intervention erfasst wurden (Studie 3). Die Ergebnisse bestätigen, dass HDEMG eine zuverlässige Methode zur Erkennung von Veränderungen der Motoreinheit-Aktivitäten ist, sowie zur Verfolgung der selben Motoreinheiten in verschiedenen Messungen. Wie erwartet haben HIIT und END die kardiorespiratorische Fitness gleichermaßen verbessert. Trotzdem unterscheiden sich die neuromuskulären Anpassungserscheinungen beider Trainingsinterventionen insofern, als dass durch HIIT ein signifikanter Kraftzuwachs der Knieextensoren hervorgerufen wurde, der durch eine erhöhte Entladungsrate der VM und VL Motoreinheiten und eine erhöhte HDEMG Amplitude bei größter Kraft [50 und 70% der Maximalkraft (MVC)] begleitet wurde. END hingegen bewirkte einen deutlichen Anstieg der „time to task failure“ bei niedrigeren Kraftintensitäten (30% MVC), ohne dabei die HDEMG Amplitude oder Entladungsrate zu beeinflussen. Außerdem konnten die Ergebnisse belegen, dass VM und VL einen Großteil des synaptischen Inputs teilen, da beide Muskeln eine hohe Kohärenz bei niedrigen- (<5Hz) und höheren Frequenzen (>5Hz) zeigen. Dies könnte eine mögliche Erklärung für die Ergebnisse der Trainingsintervention sein, bei der beide Muskeln ähnliche Veränderungen in der HDEMG Amplitude und der Entladungsrate vorwiesen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Thesis, dass HIIT und END trotz ähnlicher Verbesserungen der kardiorespiratorischen Fitness unterschiedliche Anpassungen des Verhaltens der Motoreinheiten hervorrufen. Die Ergebnisse unterstreichen, dass HIIT und END spezifische Adaptionen auslösen, die möglicherweise auf den Unterschieden von Trainingsintensität und -volumen basieren.show moreshow less

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Metadaten
Author:Eduardo Andrés Martínez ValdésORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396383
Subtitle (English):are there any differential adaptations in the motor unit population?
Subtitle (German):gibt es Adaptationsunterschiede in den Aktionspotenzialen motorischer Einheiten?
Advisor:Frank Mayer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2017/05/11
Release Date:2017/06/28
Tag:Ausdauertraining; Mehrkanal-Oberflächen-Elektromyographie; hochintensives Intervalltraining; motorischer Einheiten Anpassung; motorischer Einheiten Entladungsrate; motorischer Einheiten Verfolgung; motorischer Einheiten Zersetzung; neuromuskuläre Anpassung
endurance training; high-density surface electromyography; high-intensity interval training; motor unit adaptation; motor unit decomposition; motor unit discharge rate; motor unit tracking; neuromuscular adaptation
Pagenumber:VII, 140, XII
Organizational units:Humanwissenschaftliche Fakultät / Strukturbereich Kognitionswissenschaften / Department Sport- und Gesundheitswissenschaften
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Licence (German):License LogoKeine Nutzungslizenz vergeben - es gilt das deutsche Urheberrecht