+ All Categories
Home > Documents > Stone Hypertrophy UKSCA 2010 Conference

Stone Hypertrophy UKSCA 2010 Conference

Date post: 25-Oct-2015
Category:
Upload: ryan-gibney
View: 50 times
Download: 3 times
Share this document with a friend
Description:
mike stone presentation
49
Skeletal Muscle Hypertrophy: Skeletal Muscle Hypertrophy: an overview an overview Michael H. Stone Michael H. Stone Center for Excellence for Sport Science Center for Excellence for Sport Science and Coach Education and Coach Education KLSS KLSS East Tennessee State University East Tennessee State University Definitions: Definitions: Hypertrophy – increased crosssectional area and mass of the skeletal muscle Hyperplasia – increase in skeletal muscle mass as a result of creating additional (new) muscle fibers or by satellite cell incorporation
Transcript

Skeletal Muscle Hypertrophy:Skeletal Muscle Hypertrophy:an overviewan overview

Michael H. Stone Michael H. Stone Center for Excellence for Sport Science Center for Excellence for Sport Science 

and Coach Educationand Coach EducationKLSSKLSS

East Tennessee State University East Tennessee State University 

Definitions:Definitions:

Hypertrophy – increased cross‐sectional area and mass of the skeletal muscle 

Hyperplasia – increase in skeletal muscle mass as a result of creating additional  (new) muscle fibers or by satellite cell incorporation 

Hypertrophy/Hyperplasia: Stimuli Hypertrophy/Hyperplasia: Stimuli –– DamageDamage

Repeated stimuli of damaging fibers through regular Repeated stimuli of damaging fibers through regular resistance exercise followed by adequate recovery results in a resistance exercise followed by adequate recovery results in a net anabolic effect and protein accretion net anabolic effect and protein accretion 

Carlson, B.M. the regeneration of skeletal muscle Am J Anat Carlson, B.M. the regeneration of skeletal muscle Am J Anat 137: 119137: 119‐‐150, 1973150, 1973

Muscle Tissue RemodelingMuscle Tissue Remodeling: The reorganization or renovation of existing muscle tissue. This process can either change the characteristics of the  tissue or result in a dynamic equilibrium dynamic equilibrium of  tissue hypertrophy/atrophy. Mechanistically, remodeling results largely  from – protein turnover  involving the summation of protein synthesis and protein catabolic effects. 

Anabolic effects – protein synthesis 

Catabolic effects – protein breakdown   

Anabolic effects  = Catabolic effects: dynamic equilibrium – no hypertrophy or atrophy

Anabolic effects > Catabolic effects: muscle growth/hypertrophyAnabolic effects > Catabolic effects: muscle growth/hypertrophy

Anabolic effects < Catabolic effects: muscle atrophy

EFFECT OF TRAINING ON MUSCLE FIBER SIZEEFFECT OF TRAINING ON MUSCLE FIBER SIZE

ENDURANCEENDURANCEInitial adaptation

EspeciallyEspeciallyType IType I

Especially Especially Type IIType II

Type IType I Type IIType II

RESISTANCERESISTANCE

May be more pronounced with high power movements

HYPERTROPHY (INCREASED CSA)HYPERTROPHY (INCREASED CSA)

PROTEIN REMODELINGPROTEIN REMODELING

↑↑ SYNTHESIS AND/OR SYNTHESIS AND/OR ↓↓ DEGRADATIONDEGRADATION

• FIBER TYPE SPECIFIC RESPONSE 

Type I:    synthesis and     degradationsynthesis and     degradation

Type II    synthesis  and      degradation

Type II fibers tend to respond at a faster rate than Type I

MUSCLE STRUCTURAL ADAPTATIONS TO RTMUSCLE STRUCTURAL ADAPTATIONS TO RT

Hakkinen et al. Hakkinen et al. J Gerontol A Biol Sci Med Sci J Gerontol A Biol Sci Med Sci 53(6): B41553(6): B415‐‐23, 199823, 1998

Deschenes, M.R. et al. Endurance and resistance exercise inducesDeschenes, M.R. et al. Endurance and resistance exercise induces muscle fibre type muscle fibre type specific respsonses in androgen binding capacity. J. Steroid Biospecific respsonses in androgen binding capacity. J. Steroid Biochem Mol. Bio chem Mol. Bio 50:17550:175‐‐179, 1994179, 1994

TASK SPECIFIC HYPERTROPHYTASK SPECIFIC HYPERTROPHY

Regional Hypertrophy: Regional Hypertrophy: 

Abe, T. et al. Abe, T. et al. Br J Sports Med Br J Sports Med 3737‐‐543543‐‐545, 2003.545, 2003.

Contraction Type Advantages Contraction Type Advantages 

Eccentric or CON/ECC can produce greater hypertrophy than concenEccentric or CON/ECC can produce greater hypertrophy than concentric tric alone. alone. 

Walker et al. Walker et al. Arch Phys Med Rehabil Arch Phys Med Rehabil 79: 139179: 1391‐‐1398, 19981398, 1998

Eccentric Accentuated training Eccentric Accentuated training maymay produced greater hypertrophy and produced greater hypertrophy and a faster stronger muscle than traditional training a faster stronger muscle than traditional training 

Friedman B.  et al. Friedman B.  et al. Acta Physiol Scand Acta Physiol Scand 182: 77182: 77‐‐88, 200488, 2004Ojasto T. and Hakkinen K. Ojasto T. and Hakkinen K. JSCRJSCR 23:94623:946‐‐953, 2009953, 2009

Basic MechanismsBasic Mechanisms

Increased Muscle Increased Muscle Tension Tension ‐‐ StretchStretch

Repeated Contractions Repeated Contractions –– increased increased metabolism metabolism –– decreased ATP decreased ATP availabilityavailability

Mechanical StressMechanical Stress

Initial damage Initial damage –– Z disk Z disk streaming and myofibrillar streaming and myofibrillar disruption disruption –– plasma membrane plasma membrane disruptiondisruption

Increased Ca++ Increased Ca++ ‐‐ decreased decreased mitochondrial function, mitochondrial function, increased phosphorylase increased phosphorylase activityactivity

Secondary damage Secondary damage ––cytoskeletal and myofibrillar cytoskeletal and myofibrillar damagedamage Inflammation – autocrine and 

paracrine effects

Tissue RemodelingTissue Remodeling

Endocrine Response?Endocrine Response?

Endocrine AdaptationEndocrine Adaptation

Mechanical Stimuli Leading to Tissue RemodelingMechanical Stimuli Leading to Tissue Remodeling

Protein synthesis and Protein synthesis and degradation alterationsdegradation alterations

myostatin (myostatin (‐‐))

InitiationInitiation

SarcolemmaSarcolemma

nucleusnucleus

Exercise Stimulus

Altered Gene ExpressionAltered Gene Expression

Transcription factorsTranscription factors

Altered Altered MetabolisMetabolismm

MitogensMitogens (e.g. (e.g. IGF1)  produced IGF1)  produced (autocrine/paracrine)(autocrine/paracrine)

Intracellular Intracellular signaling signaling pathwayspathways

Altered gene Altered gene expression expression ‐‐Increased Increased transcription/ transcription/ translational translational activity activity ‐‐Protein Protein synthesissynthesis

Increased Increased translational activity translational activity ‐‐Protein synthesisProtein synthesis

Altered enzyme/isozyme Altered enzyme/isozyme concentrationsconcentrations

Altered Tissue Altered Tissue RemodelingRemodeling‐‐ Altered Altered 

FunctionFunction

Intra‐cellular signals: Aerobic versus Anaerobic – intensity/volume 

considerations? 

AMPK

AMPK Signaling

ßα

γ

LKB1

[AMP]:[ATP]

Modified from Carling, 2005; Winder, 2001

Fatty Acid Oxidation

GLUT4 translocation/gene transcription Oxidative Enzymes

Mitochondrial Biogenesis

Endurance Exercise, Endurance Exercise, Volume Effects, Hypoxia, Volume Effects, Hypoxia,

AICAR, AICAR, Muscle Contraction

[Ca2+]

Insulin, TZDs, Metformin

IRS1

PI-3 Kinase

MTORC1((‐‐))

Low Muscle Glycogen

mTORC1

mTOR Signaling

Resistance exercise, growth factors, amino acids, rapamycin

Rheb

mTORC1mTORC1

Raptor mLST8

Deptor

PRAS40

IRS1PI3K

PIP3PDK1

AktTSC2

4E-BP1 S6K1

eIF4E

Cap-dependent translocation

Translation elongationmRNA Biogenesis

Modified from Laplante and Sabatini, 2008; Nadar, 2006

Strong relation between Strong relation between mTORC1 activation, increased  mTORC1 activation, increased  FFM and strength:FFM and strength:

Terzis G. et al. resistance exercise‐induced increase in muscle mass correlates with p70S6 kinase  phosphoylation in human subjects. Eu J Appl Physiol 102:145‐152, 2007.

After 14 wks of resistance After 14 wks of resistance training in young males (n = 6) training in young males (n = 6) the phosphorylation the phosphorylation activation) of p70activation) of p70S6k S6k  was was strongly correlated with strongly correlated with increased FFMincreased FFMwbwb (r = 0.89), (r = 0.89), FFMFFMleg  leg  (r = 0.81), 1RM squat   (r = 0.81), 1RM squat   (r = 0.84) and Type II X(r = 0.84) and Type II X‐‐sec sec area   ( r = 0.82). area   ( r = 0.82). 

Phosphorylation ofp70S6K indicates mTORC1 activation    

Exercise = simultaneous activation of different ICS pathwaysExercise = simultaneous activation of different ICS pathways

Increased Protein Synthesis Increased Protein Synthesis –– muscle muscle and connective tissue remodelingand connective tissue remodeling

Inhibits Phosphorylation (activation) of mTORC1

TSC1/2TSC1/2

Nader, G. Concurrent strength and Nader, G. Concurrent strength and endurance training From molecules to man endurance training From molecules to man Med Sci Sports Exerc Med Sci Sports Exerc 38: 196538: 1965‐‐1970, 20061970, 2006

volume increase volume increase (independent of (independent of exercise type) exercise type) ––calcineurin calcineurin –– low low [glycogen][glycogen]

myostatin(‐)

Mitochondrial Mitochondrial biogenesis, shift in biogenesis, shift in MHC toward MHC toward MHC1, etc. MHC1, etc. 

Myostatin (growth differentiation factor 8: GDF‐8):  secreted as a TGF beta protein family member that inhibits muscle differentiation and growth. 

Myostatin : produced primarily in skeletal muscle cells, circulates in the blood and acts on muscle tissue by binding a cell‐bound receptor (activin type II receptor) and inhibiting the action of specific growth factors and mitogens mitogens such as IGF1

Animals lacking myostatin (or animals treated with substances such as follistatin that block the binding of myostatin to its receptor) have substantially  larger muscles.

Significant relationship in whippets between a myostatin mutation and racing performance. Whippets that are heterozygous for a 2 base pair deletion in myostatin are significantly over‐represented in the top racing classes. 

The mutation resulted in a truncated myostatin mRNA, apparently resulting in an inactive form of myostatin.

Mosher DS, Quignon P, Bustamante CD, Sutter NB, Mellersh CS, Parker HG, Ostrander EA . "A mutation in the myostatin gene increases muscle mass and enhances racing performance in heterozygote dogs". PLoS Genet. 3(5): e79, 2007. 

Photographs of child at 7 months, 6 days

a. Photo

b. Ultrasonagrams

c. Morphometric analysis

d. Hereditary tree

Muscle DevelopmentMuscle Development

growthgrowth

(-)

Myostatin

(-)Androgens

+

Most studies (not all): Resistance Exercise/Training Most studies (not all): Resistance Exercise/Training appearsappears to to downdown‐‐regulate myostatin expressionregulate myostatin expression

Exercise Exercise 

Kvorning, T. et al. Suppression of testosterone does not blunt mKvorning, T. et al. Suppression of testosterone does not blunt mRNA expression of myoD, RNA expression of myoD, myogenin, IGF, myostatin or androgen receptor post strength traimyogenin, IGF, myostatin or androgen receptor post strength training in humans. J Physiol 578(pt ning in humans. J Physiol 578(pt 2): 5792): 579‐‐593, 2006 593, 2006 

Training Training JeongJeong‐‐su, K. et al. su, K. et al. Endocrinology and MetabolismEndocrinology and Metabolism 288: E1110288: E1110‐‐E1119, 2005E1119, 2005

Walker et al. Walker et al. Medicine and Science in Sports and Exercise 36: 787Medicine and Science in Sports and Exercise 36: 787‐‐793, 2004793, 2004

Roth et al. Roth et al. Experimental Biology and MedicineExperimental Biology and Medicine 228: 706228: 706‐‐709, 2003709, 2003

Saremi A. et al. Saremi A. et al. Molecular Cell EndocrinologyMolecular Cell Endocrinology. 2010 Apr 12;317(1. 2010 Apr 12;317(1‐‐2):252):25‐‐30, 2009  (may interact with creatine)30, 2009  (may interact with creatine)

Hulmii, J.J. Hulmii, J.J. Resistance exercise with whey protein ingestion affects mTOR sigResistance exercise with whey protein ingestion affects mTOR signaling pathway and myostatin in naling pathway and myostatin in men.men. J Appl PhysiolJ Appl Physiol. 106(5):1720. 106(5):1720‐‐9, 2009. 9, 2009. 

Review:   Wackerhage H. and Ratkevicius A. Signal transduction pathways that regulate muscle growth. Essays Biochem. 44:99‐108, 2008.

ThereforeTherefore‐‐ one aspect of resistance training induced hypertrophy is a one aspect of resistance training induced hypertrophy is a reduction in the limits placed on muscle growthreduction in the limits placed on muscle growth

Endocrine InfluencesEndocrine Influences

Acute vs ChronicAcute vs Chronic

Direct Effects of HormonesDirect Effects of Hormones: : 

Androgens Androgens & Estrogens& Estrogensreceptors for both in skeletal myofibers receptors for both in skeletal myofibers possiblepossible direct effects to increase muscle protein synthesis direct effects to increase muscle protein synthesis Androgens have been associated with increased satellite cell numAndrogens have been associated with increased satellite cell number and incorporationber and incorporation

InsulinInsulinMyofibersMyofibers have more insulin receptors than IGFhave more insulin receptors than IGF1 1 receptors thus insulin is necessary for myofiber hypertrophy receptors thus insulin is necessary for myofiber hypertrophy this hypertrophy is necessary to store protein in muscle this hypertrophy is necessary to store protein in muscle 

Resting muscleResting muscle needs insulin to increase in size (i.e. increase nutrient uptakneeds insulin to increase in size (i.e. increase nutrient uptake for storage and production of e for storage and production of contractile protein secretion); thus following a meal, when insucontractile protein secretion); thus following a meal, when insulin is secreted, excess nutrients can be stored in lin is secreted, excess nutrients can be stored in muscle. If insulin is low, muscles atrophy and protein stores armuscle. If insulin is low, muscles atrophy and protein stores are mobilized. e mobilized. Contracting muscleContracting muscle does not need insulin for glucose uptake; thus nutrients in thedoes not need insulin for glucose uptake; thus nutrients in the circulation can enter muscle to circulation can enter muscle to supply energy for contraction without eating a meal and getting supply energy for contraction without eating a meal and getting the subsequent rise in circulating insulin the subsequent rise in circulating insulin 

Growth Hormone (GH, somatotropin)Growth Hormone (GH, somatotropin)No direct effects. There is no evidence of GH receptors on skeleNo direct effects. There is no evidence of GH receptors on skeletal muscle. tal muscle. 

Thyroid HormonesThyroid Hormonesthyroid hormones required for control of myofiber thyroid hormones required for control of myofiber maturationmaturation : during development they increase myofiber size : during development they increase myofiber size and affect anaerobic metabolism and affect anaerobic metabolism 

GlucocorticoidsGlucocorticoidsexcess is catabolic in muscle (myofibers) excess is catabolic in muscle (myofibers) excess decreases protein synthesis excess decreases protein synthesis excess increases protein degradation excess increases protein degradation 

Acute Endocrine influences:Hypothesis:  postHypothesis:  post‐‐exercise  (lasting  10 exercise  (lasting  10  –– 40  min)  endocrine  responses 40  min)  endocrine  responses influence hypertrophy  (recurrent mechanical  stimuli +  increased influence hypertrophy  (recurrent mechanical  stimuli +  increased  hormone hormone concentrations  such  as  hGH  and  T  result  in  accentuated  hypertropconcentrations  such  as  hGH  and  T  result  in  accentuated  hypertrophy hy response that summates over time) response that summates over time) ––large muscle mass  exercise  elevates  hormones  to  a  greater  extentlarge muscle mass  exercise  elevates  hormones  to  a  greater  extent than than small muscle mass exercisesmall muscle mass exercise

Evidence:  only four studies found :Evidence:  only four studies found :

Hansen  S.,  Kvorning  T.,  Kjaer M.,  Sjogaard  G.  The  effect  of  short‐term  strength  training  on  human  skeletal muscle:  the importance of physiologically elevated hormone levels. Scand J Med Sci Sports 11: 347–354, 2001 – incorporation of leg work (HH) prior to arm work (LH) enhanced arm strength gains (hypertrophy not directly measured)

Ahtiainen J.P et al. Muscle hypertrophy, hormonal adaptations and strength development during strength training in strength‐trained and untrained men. Eur J Appl Physiol 89:555‐63, 2003. Mean acute responses across 21 weeks of training correlated  with isometric strength and CSA (however, basal and mean acute were strongly correlated)

Beaven CM. et al. Significant  strength gains observed  in Rugby players after  specific  resistance exercise protocols based on individual salivary testosterone responses, JSCR 22: 419‐425, 2008. Long‐term effect – assumption was that responses made difference – no direct evidence – no measure of LBM/CSA  alterations – changes in strength were not large – problems?problems?

Spiering, B.A. Kraemer, , W.J., Vingren, J.L., Ratamess, N.A., Anderson, J.M., Armstrong, L.E., Nindl, B.C., Volek, J.S., Häkkinen H. and Maresh,  C.M..  Elevated  endogenous  testosterone  concentrations  potentiate muscle  androgen  receptor  responses  to resistance exercise . J Steroid Biochemi Mol Biol 114: 195‐199, 2009 . ‐ incorporation of leg work prior to arm work enhanced androgen receptor content  (hypertrophy not directly measured)

Acute Endocrine influences:

Hypothesis:  postHypothesis:  post‐‐exercise  endocrine  responses  influence  hypertrophy  (recurrent exercise  endocrine  responses  influence  hypertrophy  (recurrent mechanical  stimuli  +  increased  hormone  concentrations  such  as  hGmechanical  stimuli  +  increased  hormone  concentrations  such  as  hGH  and  T  result  in H  and  T  result  in accentuated hypertrophy response that summates over time) accentuated hypertrophy response that summates over time) 

Evidence against:Evidence against:

1.1.Hypophysectimized,  castrated  animals  can  still  show  considerableHypophysectimized,  castrated  animals  can  still  show  considerable hypertrophy     when  trained hypertrophy     when  trained  –– however however  –– adding  T or  T  +GH adding  T or  T  +GH chronically does increase effect. chronically does increase effect. 

2.2.ShortShort‐‐term  higher  intensity  aerobic  exercise  can  result  in marked  incrterm  higher  intensity  aerobic  exercise  can  result  in marked  increases  in  anabolic  hormones eases  in  anabolic  hormones  ––however,  aerobic  exercise however,  aerobic  exercise results in little or no hypertrophy results in little or no hypertrophy 

3.3.Increased hormone (especially T) concentrations can be higher asIncreased hormone (especially T) concentrations can be higher as a result of circadian rhythms than posta result of circadian rhythms than post‐‐exercise values.  (Training exercise values.  (Training time may influence this)time may influence this)

McMillan, J. et al. 20McMillan, J. et al. 20‐‐hour physiological responses to a single weighthour physiological responses to a single weight‐‐training session training session J Strength Cond ResJ Strength Cond Res 7:97:9‐‐21, 199321, 1993

Bird,  S.P.  and  Tarpening  K.M.  Influence  of  circadian  time  structBird,  S.P.  and  Tarpening  K.M.  Influence  of  circadian  time  structure  on  acute  responses  to  a  single  bout  of  heavy ure  on  acute  responses  to  a  single  bout  of  heavy resistance exercise in weightresistance exercise in weight‐‐trained men. Chronobiology International 21:131trained men. Chronobiology International 21:131‐‐146, 2004146, 2004

4. 4.  Women  have  approximately  10  %    of  the  testosterone  concentrationWomen  have  approximately  10  %    of  the  testosterone  concentration of  men  but  show  the  same of  men  but  show  the  same  ““relativerelative””hypertrophy compared with men.hypertrophy compared with men.

Cureton, K.  J., Collins M.A. HILL D.W.    and McElhannon  F. M.  . Muscle hypertrophy  in men  and women. Med.  Sci. Sports. Exerc, Vol. 20, No. 4, pp. 338‐344, 1988.

O'Hagan F.T., Sale D.G., MacDougall .JD., Garner S.H. Response to resistance training in young women and men. Int J Sports Med. 16:314‐21, 1995.

Acute Endocrine influences:

Hypothesis:  postHypothesis:  post‐‐exercise  endocrine  responses  influence  hypertrophy  (recurrent  meexercise  endocrine  responses  influence  hypertrophy  (recurrent  mechanical chanical stimuli  +  increased  hormone  concentrations  such  as  hGH  and  T  resstimuli  +  increased  hormone  concentrations  such  as  hGH  and  T  result  in  accentuated ult  in  accentuated hypertrophy response that summates over time) hypertrophy response that summates over time) 

Evidence against:Evidence against:

3.3.No  correlation or evidence of hypertrophy  (or  strength) enhancemNo  correlation or evidence of hypertrophy  (or  strength) enhancement   as a  result of acute ent   as a  result of acute hormone responses:hormone responses:

Wilkinson, S.B. Hypertrophy with unilateral resistance exercise Wilkinson, S.B. Hypertrophy with unilateral resistance exercise occurs without  increases  in endogenous anabolic hormone occurs without  increases  in endogenous anabolic hormone concentration  concentration  Eur J Appl Physiol  Eur J Appl Physiol  98:54698:546‐‐555, 2006.  555, 2006.  Hypertrophy occurred only in the trained leg and occurred indepeHypertrophy occurred only in the trained leg and occurred independently of hormone ndently of hormone elevationelevation

Kvorning,  T.  et  al.  Suppression of  testosterone  does  not  blunt mKvorning,  T.  et  al.  Suppression of  testosterone  does  not  blunt mRNA  expression of myoD, myogenin,  IGF, myostatin  or RNA  expression of myoD, myogenin,  IGF, myostatin  or androgen  receptor post  strength  training  in humans. androgen  receptor post  strength  training  in humans.  J Physiol J Physiol  578(pt  2):  579578(pt  2):  579‐‐593,  2006  .   593,  2006  .    ‐‐ treatment with  goserelin  causes  lower  T   treatment with  goserelin  causes  lower  T    ‐‐placebo showed increased postplacebo showed increased post‐‐ex T, goserelin group showed decreased T responses;  no differenex T, goserelin group showed decreased T responses;  no differences between groups in mRNA expression, ces between groups in mRNA expression, myoD, myogenin, IGF, myostatin or androgen receptor post strengtmyoD, myogenin, IGF, myostatin or androgen receptor post strength training in humansh training in humans

West, D.W.,   et al. Resistance exerciseWest, D.W.,   et al. Resistance exercise‐‐induced  increases  in putative anabolic hormones do not enhance minduced  increases  in putative anabolic hormones do not enhance muscle protein uscle protein synthesis or intracellular signaling in young men. synthesis or intracellular signaling in young men. J Physiol. J Physiol. 587(pt2): 5239587(pt2): 5239‐‐5247, 2009. 5247, 2009.  markers of protein synthesis and  markers of mTOR markers of protein synthesis and  markers of mTOR were not different between arm only (LH) and arm + leg (HH) resiwere not different between arm only (LH) and arm + leg (HH) resistance exercise. stance exercise. 

West, D.W.,   et al. Elevations  in ostensibly anabolic hormones wWest, D.W.,   et al. Elevations  in ostensibly anabolic hormones with resistance exercise enhance neither training ith resistance exercise enhance neither training ––induces induces muscle hypertrophy nor strength of the elbow flexors  muscle hypertrophy nor strength of the elbow flexors  J Appl Physol  J Appl Physol  108: 60108: 60‐‐67, 2009. 67, 2009. XX‐‐sectional area was not different between arm only sectional area was not different between arm only and arm + leg resistance exercise. and arm + leg resistance exercise. 

Acute Endocrine influences:

Hypothesis:  postHypothesis:  post‐‐exercise  endocrine  responses  influence  hypertrophy exercise  endocrine  responses  influence  hypertrophy (recurrent mechanical stimuli + increased hormone concentrations(recurrent mechanical stimuli + increased hormone concentrations such as such as hGH and T result in accentuated hypertrophy response that summathGH and T result in accentuated hypertrophy response that summates over es over time) time) 

Evidence against:Evidence against:

4.  Disconnect  between  post4.  Disconnect  between  post‐‐exercise  hormone  concentrations  and exercise  hormone  concentrations  and hypertrophy  response hypertrophy  response  –– hormone  responses  to  absolute  (and  likely hormone  responses  to  absolute  (and  likely relative) loads tend to decrease after trainingrelative) loads tend to decrease after training

[ Hormon

e]Hormon

e]

Time

Hypertrophy

Hypertrophy

Buresh R., Berg K.  and French J. The effect of resistive exercise rest intervals on hormonal response, strength and hypertrophy with training JSCR 23:62‐71, 2009

MUSCLE REMODELINGMUSCLE REMODELING

EXERCISE STIMULUSEXERCISE STIMULUS

DAMAGE??/TENSION??/ METABOLISM

IMMUNE SYSTEM IMMUNE SYSTEM RESPONSERESPONSE AUTOCRINE/PARACRINEAUTOCRINE/PARACRINE

RESPONSERESPONSE

ENDOCRINEENDOCRINERESPONSERESPONSE

HYPERTROPHYHYPERTROPHY

++ MINOR MINOR EFFECTEFFECT

Acute Effects of Post Exercise Hormone ResponsesAcute Effects of Post Exercise Hormone Responses

Metabolism Metabolism 

Chronic Endocrine Influences

1.No contest – anabolic steroid research2.Genetics and resting LH, FSH and testosterone concentrations

Harris J.A. et al. The heritability of testosterone: a study of Harris J.A. et al. The heritability of testosterone: a study of Dutch Dutch adolescent twins and their parents. adolescent twins and their parents. Behav GenetBehav Genet 28:16528:165‐‐171 , 1998171 , 1998

Hoekstra R.A. et al. Hoekstra R.A. et al. Heritability of testosterone levels in 12Heritability of testosterone levels in 12‐‐yearyear‐‐old twins old twins and its relation to pubertal development. and its relation to pubertal development. Twin Res Hum GenetTwin Res Hum Genet. 9(4):558. 9(4):558‐‐65, 200665, 2006

Kuijpers E.A. et al. Kuijpers E.A. et al. Heritability of reproductive hormones in adult male Heritability of reproductive hormones in adult male twins. twins. Hum Reprod.Hum Reprod.:2153:2153‐‐9, 20079, 2007

Bogart, G. et al. Heritability of blood concentrations of sexBogart, G. et al. Heritability of blood concentrations of sex‐‐steroids in steroids in relation to body composition in young adult male siblings. relation to body composition in young adult male siblings. Clin Endocrinol Clin Endocrinol (Oxf). (Oxf). 69:12969:129‐‐35. 200835. 2008

3. Testosterone 3. Testosterone –– Heritability + TrainingHeritability + Training

TESTOSTERONE: PRIMARY ANDROGENTESTOSTERONE: PRIMARY ANDROGENPRIMARY AND SECONDARY SEX CHARACTERISTICS

METABOLIC EFFECTSMETABOLIC EFFECTS

• PROMOTES PROTEIN SYNTHESIS

• ANTI‐CATABOLIC EFFECTS

ANTAGONISES GLUCOCORTICOIDS (DISPLACES CORTISOL FROM RECEPTOR)

INHIBITION OF MUSCLE GLYCOGEN CATABOLISM

• CAN DECREASE FAT MASS

EFFECTS ON NERVE TISSUEEFFECTS ON NERVE TISSUE

• INCREASED CNS NEURON EXCITABILITY (?)

• INCREASED ACH RECEPTOR DENSITY AND SIZE OF MEP IN PERIPHERAL MUSCLES

• MAINTANANCE OF DOPAMINERGIC CNS NEURONS

ENHANCES MAXIMUM STRENGTH AND EXPLOSIVNESSENHANCES MAXIMUM STRENGTH AND EXPLOSIVNESS

COMPENSATES FOR MUSCULAR FATIGUECOMPENSATES FOR MUSCULAR FATIGUE

• ENHANCED EFFICIENCY OF Ca++ DISPOSITION (primarily Type II fibers)

Bhasin, S. et al. The Effects of Supraphysiologic Doses of Testosterone on Muscle Size and Strength in Normal Men,  N Eng J Med, 335: 1‐7, 1996

Herbst K.L. and Bhasin, S. Testosterone action on skeletal muscle. Current Opin Clin Nutr Meteb Care

7(3): 271‐277, 2004

Bialek,M. et al. Neuroprotective role of testosterone in the nervous system. Pol J Pharmacol 56: 509—518, 2004

Endogenous Testosterone Preconditioning?Endogenous Testosterone Preconditioning?

Long‐term  ‐

• increased muscle x‐section and increased myonuclear number/fiber

Sinha‐Hikim, I. et al. Am J Physio Endo Metab 283: E154‐164, 2002

•T related to development and maintenance of type II fibers (animals)

Bass, A. et al. Physiol Behemoslov 20: 423‐ 431, 1971

Krotiewski M. et al. Acta Physiol Scand 109: 233‐237, 1980

Dux, L. et al. Horm Metab Res 14: 191‐194, 1982

HumansHumans

(11 ‐12 Yr old boys) the area of Type II fibers – significant correlation with T concentrations ‐

Mero, A. Eur J Appl Physiol 57: 660‐666, 1990

(6‐ 15 yr old boys) – blood or saliva T concentrations correlated with Max Anaerobic power and maximum strength (indirect) ‐

Mero, A. Eur J Appl Physiol 57: 660‐666, 1990

Mero, A. et al. Eur J Appl Physiol 60: 32‐37, 1990

Falgairette, G. et al. Eur J Appl Physiol 62: 151‐156, 1991

Endogenous Testosterone Preconditioning?Endogenous Testosterone Preconditioning?

Long‐term  ‐ Potentiating Resistance Training/Exercise EffectsPotentiating Resistance Training/Exercise Effects

• Effects on hypertrophy and satellite cell incorporationEffects on hypertrophy and satellite cell incorporation––

Ahtiainen, J.P et al. Eur J Appl Physiol 89: 555 – 563, 2003

Sinha‐Hikim, I et al. Am J Physiol Endocrinol Metab 285: E197‐ 205, 2003

• Effects on myostatin

Kawada S. Testosterone Causes Decrease in the Myostatin Content of Skeletal Muscle. Int J Sport and Health Sci  4:44‐48, 2006

Effects on the nervous systemEffects on the nervous system (indirect)(indirect)

Androgens influence dendritic branching and synapse formation 

Arnold, A. and Breedlove, M. Horm Behav 19: 469‐498, 1985

Matsumoto, A. Rev Neurosci 3:287‐306, 1992

Androgens influence the regeneration of damage cranial nerves

Jones, A. Ann N.Y. Acad Sci 743: 141‐161, 1994

Review: Harbst  K.L. and Bhasin S. Testosterone action on skeletal muscle . Cur Opin Clin Nutr Metab Care 7: 217‐277, 2004

Endogenous Testosterone Preconditioning?Endogenous Testosterone Preconditioning?

Short‐term

• Aggressive behavior

Barkley, M.S. and Goldman, B.D. Horm Behav 9:32‐48, 1977 (animals)

Olweus, D. et al. Psychosom Med  50:261‐272, 1988 (humans)

It may be possible that T promotes aggressiveness or some type of centrally mediated drive promoting strength, power and explosiveness in power events (Wright and Stone 1993, Viru and Viru 2005). 

Training + higher resting testosterone (chronically elevated) Training + higher resting testosterone (chronically elevated) = less fat, = less fat, greater hypertrophygreater hypertrophy, strength, explosiveness, , strength, explosiveness, power power 

Cardinale, M. and Stone, M.H. Is testosterone influencing explosive performance? Journal of Strength and Conditioning Research 20: 103‐107, 2006.

Arslanian S. and Suprasongsin C. Testosterone treatment in adolescents with delayed puberty: changes in body composition, protein, fat, and glucose metabolism. J Clin Endocrinol Metab.  82:3213‐20, 1997

Reviews:  Reviews:  

Tipton K.D. and Wolfe R.R. Exercise, Protein metabolism and muscTipton K.D. and Wolfe R.R. Exercise, Protein metabolism and muscle growth. le growth. Int J Sport Int J Sport Nutr Exerc Metab  Nutr Exerc Metab  11: 10911: 109‐‐132, 2001132, 2001

BBhasin, S. et al. Proof of the effect of testosterone on skeletal muscle. J EndocrinolJ Endocrinol 170: 27‐38, 2001. 

Matlock, A.G. et al. Androgens and skeletal muscle. Cellscience Reviews 2: 9‐16, 2005

RESISTANCE TRAINING: RESTING TESTOSTERONE CONCENTRATIONS  ADAPTARESISTANCE TRAINING: RESTING TESTOSTERONE CONCENTRATIONS  ADAPTATIONSTIONS

NO CHANGE OR A DECREASE:NO CHANGE OR A DECREASE:

Hakkinen K. et al. Hakkinen K. et al. J Appl PhysiolJ Appl Physiol 65:240665:2406‐‐2412, 19882412, 1988

Kraemer W. et al. Kraemer W. et al. Med Sci Sports ExercMed Sci Sports Exerc 20: S15220: S152‐‐S157, 1988.S157, 1988.

Niklas B..J. et al. Niklas B..J. et al. Int J Sports MedInt J Sports Med 16:44516:445‐‐450, 1995 (mid age men)450, 1995 (mid age men)

Warren, B. et. al. Warren, B. et. al. Int J Sports MedInt J Sports Med 13: 37213: 372‐‐376, 1992 (1 K 376, 1992 (1 K ‐‐ Junior WL)Junior WL)

INCREASEDINCREASED

Staron et al.  J Appl Physiol 76:1247Staron et al.  J Appl Physiol 76:1247‐‐1255, 1994 (4 weeks)1255, 1994 (4 weeks)

Johnson, C. et al.   Johnson, C. et al.   J Sports Med Phys FitJ Sports Med Phys Fit, , 2323: 39: 39‐‐41, 1983. (mid age men)41, 1983. (mid age men)

Hakkinen K. et al. Hakkinen K. et al. J Appl PhysiolJ Appl Physiol 65:240665:2406‐‐2412, 1988 (weightlifters > 2 y )2412, 1988 (weightlifters > 2 y )

Stone, M. H. and Fry, A.C. Stone, M. H. and Fry, A.C. Overtraining in SportOvertraining in Sport, pp 87, pp 87‐‐105, 1998 (junior WL pre105, 1998 (junior WL pre‐‐ex)ex)

Kraemer  W.J. et al. J Appl Physiol 87:992Kraemer  W.J. et al. J Appl Physiol 87:992‐‐982, 1999 (young > old)982, 1999 (young > old)

Tsolakis, C. et al. J Appl Sports Sci Res 14:399Tsolakis, C. et al. J Appl Sports Sci Res 14:399‐‐404, 2000 (boys)404, 2000 (boys)

Marx, J. et al. Marx, J. et al. Med Sci Sports ExercMed Sci Sports Exerc 33:63533:635‐‐643, 2001 (women)643, 2001 (women)

TRAINING INDUCED RESPONSES TO EXERCISETRAINING INDUCED RESPONSES TO EXERCISE

NO CHANGENO CHANGE

Niklas B..J. et al. Niklas B..J. et al. Int J Sports MedInt J Sports Med 16:44516:445‐‐450, 1995 (mid age men)450, 1995 (mid age men)

Tsolakis C.K et al.  JSCR 18:625Tsolakis C.K et al.  JSCR 18:625‐‐629, 2004 (pre629, 2004 (pre‐‐adolescent boys)adolescent boys)

INCREASEDINCREASED

Kraemer W. et al. Kraemer W. et al. Int J. Sports MedInt J. Sports Med 20:10320:103‐‐109, 1992 (junior WL > 2y)109, 1992 (junior WL > 2y)

Stone, M. H. and Fry, A.C. Stone, M. H. and Fry, A.C. Overtraining in SportOvertraining in Sport, pp 87, pp 87‐‐105, 1998 (junior WL)105, 1998 (junior WL)

Ratamess, N.A. et al. J. Steroid biochem Molec Biol 93:35Ratamess, N.A. et al. J. Steroid biochem Molec Biol 93:35‐‐42, 200542, 2005

Training induced Training induced alterations in T is alterations in T is likely to  be a likely to  be a function of function of fatigue/stress fatigue/stress management management ––

Free versus Bound Free versus Bound –– not all studies not all studies agree agree –– however, however, generally ratio is generally ratio is unchanged  unchanged  ‐‐ if if total T increase total T increase ––FT increases.FT increases.

InsulinInsulin

In mammals, insulin is a protein synthesized in the the islets of Langerhans of the pancreas (β‐cells) and is released when any of several stimuli are detected, including food  (carbohydrate > protein, >>>fat) and CNS input. Insulin initiates a signal transduction, which has the effect of increasing glucose, amino acid uptake and storage.  Insulin is a Insulin is a strong anabolic hormonestrong anabolic hormone.

Insulin can decrease as a result of a training session

McMillan, J. et al. 20-hour physiological responses to a single weight-training session J Strength Cond Res 7:9-21, 1993

Supplementation (carboSupplementation (carbo--protein timed) or a meal protein timed) or a meal increases/maintains insulin concentrations and increases/maintains insulin concentrations and promotes muscle growth (hypertrophy) promotes muscle growth (hypertrophy)

Mitogens

A mitogen is usually some form of a polypeptide or protein.that  can trigger signal transduction pathways in which a mitogen‐activated protein kinase is involved, leading to mitosis and increased growth in muscle tissue.

Examples: 

Insulin‐like Growth factor‐1 (IGF‐1)

Mechano‐growth factor (MGF)

Fibroblast Growth factor (FGF) – directly responds to injury of muscle tissue

Hepatocyte Growth factor (HGF) 

Adams, G.R., and F. Haddad. The relationships among IGF‐1, DNA content, and protein accumulation during skeletal muscle hypertrophy. Journal of Applied Physiology 81(6): 2509‐2516, 1996.

Fiatarone Singh, M. A., W. Ding, T. J. Manfredi, et al. Insulin‐like growth factor I in skeletal muscle after weight‐lifting exercise in frail elders. American Journal of Physiology 277 (Endocrinology Metabolism 40): E135‐E143, 1999.

Yamada, S., N. Buffinger, J. Dimario, et al. Fibroblast Growth Factor is stored in fiber extracellular matrix and plays a role in regulating muscle hypertrophy. Medicine and Science in Sports and Exercise 21(5): S173‐180, 1989.

Example: 

••IGFIGF‐‐11: 70 amino acids in a single chain with three intramolecular disulfide bridges(7649 daltons)..

••Produced primarily by the liver as an Produced primarily by the liver as an endocrine hormone as well as in target endocrine hormone as well as in target tissues as part of the paracrine/autocrine tissues as part of the paracrine/autocrine functionfunction. 

•Production is stimulated by growth hormone (and testosterone) and can be impeded by undernutrition, low glycogen concentrations, receptor insensitivity, lack of growth hormone receptors, or failures of the downstream signaling pathway

•In rat experiments the amount of IGF‐1 mRNA in the liver was positively associated with dietary casein and negatively associated with a protein free diet.

Muscle Catabolism and Atrophy Muscle Catabolism and Atrophy 

Glucocorticoids (cortisol) Glucocorticoids (cortisol) block the phosphorylation block the phosphorylation (activation) of Akt  thus (activation) of Akt  thus mTOR is less activated and mTOR is less activated and the FOXO proteins stimulate the FOXO proteins stimulate protein catabolism. protein catabolism. 

Cortisol response tends to Cortisol response tends to decrease at the same loading decrease at the same loading postpost‐‐training training –– smaller smaller influence? influence? 

Cortisol release and Cortisol release and accumulation is blunted by accumulation is blunted by carbohydrate intake.carbohydrate intake.

RedirectionRedirection

Glass D.J. Signaling pathways perturbing muscle mass. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 13(3):225‐229, 2010Franch H.A and Price S.R. Molecular signaling pathways regulating muscle proteolysis during atrophy. Curr Opin Clin Nutr Metab Care.8(3):271‐5, 2005 

Anabolic:Catabolic  Balance

Testosterone:Cortisol Ratio Testosterone:Cortisol Ratio 

TESTOSTERONE:CORTISOL RATIO (T : C)TESTOSTERONE:CORTISOL RATIO (T : C)

••INDEX OF:  INDEX OF:  ““ANABOLIC STATUSANABOLIC STATUS”” –– T:C related to: T:C related to: 

••LBM, FAT MASS, MAXIMUM STRENGTHLBM, FAT MASS, MAXIMUM STRENGTH, RFD, POWER , RFD, POWER Hakkinen, K.  et al. Hakkinen, K.  et al. Eur J Appl PhysiolEur J Appl Physiol 53:28753:287‐‐293, 1985293, 1985

Hakkinen, K. et al. Hakkinen, K. et al. Int J Sports MedInt J Sports Med 11:9111:91‐‐98, 199098, 1990

Hakkinen K. et al. Hakkinen K. et al. Electromyogr Clin NeuorphysiolElectromyogr Clin Neuorphysiol 31:3531:35‐‐42, 199042, 1990

Fry, A.C. et Fry, A.C. et al. al. J Strength Cond ResJ Strength Cond Res 14:33814:338‐‐343, 2000343, 2000

••INDEX OF OVERREACHING VERSUS OVERTRAININGINDEX OF OVERREACHING VERSUS OVERTRAINING

Adlercreutz, H. et al. Adlercreutz, H. et al. Int J Sports MedInt J Sports Med 7:27S7:27S‐‐28S, 108628S, 1086

Differential effect work post exercise for T:C?

High exercise intensity low volume:‐ no effect or slight increase

Fry et al. Pituitary‐adrenal‐gonadal responses to high‐intensity resistance exercise overtraining. J Apply Physiol 85: 2352‐2359, 1998

Higher exercise volume produces greater effects on individual hormone concentrations ‐ but T:C usually no effect

Stone, M. H. and Fry, A.C. Overtraining in Sport, pp 87Stone, M. H. and Fry, A.C. Overtraining in Sport, pp 87‐‐105, 1998105, 1998

Migiano M.J. et al. Endocrine response patterns to acute unilateMigiano M.J. et al. Endocrine response patterns to acute unilateral and bilateral resistance exercise in men. JSCR ral and bilateral resistance exercise in men. JSCR 24: 12824: 128‐‐134, 2010. 134, 2010. 

Higher reps/set:  Effect may be independent of total mechanical work performed 

McCaulley G.O. et al. Acute hormonal and neuromuscular responses to hypertrophy, strength or power type resistance exercise. Eur J Appl Pjysiol 105: 695‐704, 2009. 

Training Effects on the T:CTraining Effects on the T:C

Chronic [Resting]alterations: more influenced by volume compared to intensity:

Stone, M. H. and Fry, A.C. Stone, M. H. and Fry, A.C. Overtraining in SportOvertraining in Sport, pp 87, pp 87‐‐105, 1998105, 1998

Fry et al. Pituitary‐adrenal‐gonadal responses to high‐intensity resistance exercise overtraining. J Apply Physiol 85: 2352‐2359, 1998

Haff G.G. et al. ForceHaff G.G. et al. Force‐‐time curve characteristics and hormonal alterations time curve characteristics and hormonal alterations during and elevenduring and eleven‐‐week training period in elite women weightlifters. week training period in elite women weightlifters. JSCR JSCR 22: 43322: 433‐‐436, 2008436, 2008

Men

R2 = 0.8857

R2 = 1

05000

1000015000200002500030000350004000045000

23-S

ep7-O

ct

21-O

ct4-N

ov

18-N

ov2-D

ec

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

VLT:CPoly. (VL)Poly. (T:C)

Hormones: T:C Ratio – T and C alterations

Men

0

500010000

1500020000

2500030000

3500040000

45000

23-Sep

7-Oct

21-Oct

4-Nov

18-Nov

2-Dec

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

VLT:C

MEN: TI V T:C

R2 = 1

R2 = 0.7689

0

20

40

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11859095100105110

T:CTIPoly. (T:C)Poly. (TI)

MEN: TI V T:C

0

20

40

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11859095100105110

T:CTI

Resting Hormones: T:C ratio – Primarily C alterations

Women

R2 = 0.9427

R2 = 0.9195

05000

10000150002000025000300003500040000

23-Sep

7-Oct

21-O

ct4-N

ov

18-Nov

2-Dec

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

VLT:CPoly. (VL)Poly. (T:C)

Women

05000

10000150002000025000300003500040000

23-Sep

7-Oct

21-O

ct4-N

ov

18-Nov

2-Dec

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

VLT:C

WOMEN: TI V T:C

R2 = 1

R2 = 0.32310

0.5

1

1.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 116570758085

T:CTIPoly. (T:C)Poly. (TI)

WOMEN: TI V T:C

0

0.5

1

1.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 116570758085

T:CTI

Primary mediating aspect of hypertrophy appears to be autocrine Primary mediating aspect of hypertrophy appears to be autocrine and and paracrine mechanisms resulting in the production of growth promoparacrine mechanisms resulting in the production of growth promoting ting ““mitogensmitogens”” which trigger intrawhich trigger intra‐‐cellular signaling:cellular signaling:

The influence of the endocrine system is likely secondary to The influence of the endocrine system is likely secondary to that of the immune response and the paracrine and autocrine that of the immune response and the paracrine and autocrine systemssystems

Bickel, C.S et al. 1998 Bickel, C.S et al. 1998 Journal of Applied PhysiologyJournal of Applied Physiology 94: 225594: 2255‐‐2262.2262.Goldspink, G. 1999. Goldspink, G. 1999. Journal of AnatomyJournal of Anatomy 194(Pt 3): 323194(Pt 3): 323‐‐334. 334. Goldspink, G. 2002. Goldspink, G. 2002. Biochemical Society Transactions Biochemical Society Transactions 30: 28530: 285‐‐290. 290. 

MUSCLE REMODELINGMUSCLE REMODELING

TRAINING STIMULUSTRAINING STIMULUS

DAMAGE??/TENSION??/ METABOLISM

IMMUNE SYSTEM IMMUNE SYSTEM REPEATED REPEATED RESPONSERESPONSE

AUTOCRINE/PARACRINEAUTOCRINE/PARACRINEREPEATED RESPONSEREPEATED RESPONSE

ENDOCRINEENDOCRINEADAPTATION ADAPTATION 

HYPERTROPHYHYPERTROPHY

LARGER  LARGER  EFFECTEFFECT

Chronic Effects of Hormone AdaptationChronic Effects of Hormone Adaptation

Metabolism Metabolism 

Effects of Supplementation 

A Balancing Act:

Hypertrophy = Atrophy = no changeHypertrophy = Atrophy = no change

Hypertrophy < Atrophy = muscle lossHypertrophy < Atrophy = muscle loss

Hypertrophy > Atrophy = muscle growthHypertrophy > Atrophy = muscle growth

Hoffman E.P.  and Nader G.A. Balancing muscle and atrophy. Hoffman E.P.  and Nader G.A. Balancing muscle and atrophy. Nature Nature MedicineMedicine 10: 58410: 584‐‐585, 2004585, 2004

Moore,M.S. and Urban R.J. An overview of the endocrinology of skMoore,M.S. and Urban R.J. An overview of the endocrinology of skeletal eletal muscle  muscle  Trends  Endocrinol and Metab Trends  Endocrinol and Metab 15: 11015: 110‐‐115, 2004115, 2004

Drummond M.J. et al. Nutritional and contractile Drummond M.J. et al. Nutritional and contractile regulation of human skeletal muscle protein regulation of human skeletal muscle protein synthesis and mTORC1 signaling. synthesis and mTORC1 signaling. JAP JAP 106:1374106:1374‐‐1384, 20091384, 2009

Protein + Carbohydrate Supplementation 

Primary effects appear to be:  Primary effects appear to be:  •increased substrate availability•Increased insulin•carbohydrate blunting of cortisol release 

MUSCLE REMODELINGMUSCLE REMODELING

TRAINING STIMULUSTRAINING STIMULUS

DAMAGE??/TENSION??/ METABOLISM

IMMUNE SYSTEM IMMUNE SYSTEM REPEATED REPEATED RESPONSERESPONSE

AUTOCRINE/PARACRINEAUTOCRINE/PARACRINEREPEATED RESPONSEREPEATED RESPONSE

ENDOCRINEENDOCRINEADAPTATION ADAPTATION 

HYPERTROPHYHYPERTROPHY

LARGER  LARGER  EFFECTEFFECT

Chronic Effects of Hormone AdaptationChronic Effects of Hormone Adaptation

Metabolism Metabolism 

Nutrition: Nutrition: supplementation supplementation ––

Daily intakeDaily intake

Hyperplasia and Satellite Cell Hyperplasia and Satellite Cell IncorporationIncorporation

Satellite cells (SC)Satellite cells (SC) are found in the mature muscle around the muscle fibers, are found in the mature muscle around the muscle fibers, 

These cells are involved in the normal growth of muscle, as wellThese cells are involved in the normal growth of muscle, as well as regeneration following injury or as regeneration following injury or diseasedisease

Satellite cells are adult stem cells specific to skeletal muscleSatellite cells are adult stem cells specific to skeletal muscle fibers, and are also known as skeletal fibers, and are also known as skeletal muscle myoblasts.muscle myoblasts.

When muscle cells undergo trauma or injury, SC cells are releaseWhen muscle cells undergo trauma or injury, SC cells are released from beneath the basal lamina. d from beneath the basal lamina. 

While normally in a postWhile normally in a post‐‐mitotic state, after muscle injury SC can remitotic state, after muscle injury SC can re‐‐enter the cell cycle and clone enter the cell cycle and clone themselves. These clones aggregate (fuse), again become postthemselves. These clones aggregate (fuse), again become post‐‐mitotic, and form a myotube. This mitotic, and form a myotube. This myotube differentiates into normal, complex muscle tissue, thus myotube differentiates into normal, complex muscle tissue, thus repairing the injured site repairing the injured site –– or the SC or the SC will donate its nuclear material to the damage cell to effect rewill donate its nuclear material to the damage cell to effect repair. This satellite cell activation and pair. This satellite cell activation and proliferation period lasts up to 48 hours after the trauma or shproliferation period lasts up to 48 hours after the trauma or shock from the resistance training session ock from the resistance training session stimulus stimulus 

Hawke, T.J., and D. J. Garry. Myogenic satellite cells: physioloHawke, T.J., and D. J. Garry. Myogenic satellite cells: physiology to molecular biology. Journal of Applied Physiology. gy to molecular biology. Journal of Applied Physiology. 91: 53491: 534‐‐551, 2001. 551, 2001. 

Research is currently underway to investigate whether satellite Research is currently underway to investigate whether satellite cells can differentiate into viable cells can differentiate into viable cardiac muscle cells. Normal cardiac cells are unable to regenercardiac muscle cells. Normal cardiac cells are unable to regenerate, which makes the cardiac muscle ate, which makes the cardiac muscle death of myocardial infarctions irreversible.death of myocardial infarctions irreversible.

Embryonic development: myoblasts fuse to Embryonic development: myoblasts fuse to form skeletal fibers. At the end of the form skeletal fibers. At the end of the developmental phase, some undifferentiated developmental phase, some undifferentiated myoblasts remain within the external lamina, myoblasts remain within the external lamina, at the periphery of mature, skeletal muscle at the periphery of mature, skeletal muscle fibers. These undifferentiated cells are fibers. These undifferentiated cells are satellite cells. Satellite cells are closely satellite cells. Satellite cells are closely associated with the sarcolemma of a muscle associated with the sarcolemma of a muscle fiber. They are typically present in the ratio of fiber. They are typically present in the ratio of approximately one, approximately one, mononucleatedmononucleated satellite satellite cell for every 100 muscle fiber nuclei with cell for every 100 muscle fiber nuclei with some fiber type differences.some fiber type differences.

Satellite Cell number appears to be fiber type dependent . Satellite Cell number appears to be fiber type dependent . 

Type I : tend to have more Satellite cells Type I : tend to have more Satellite cells –– with aging Type I tend to have a five to six with aging Type I tend to have a five to six times greater satellite cell content than Type II fibers (satelltimes greater satellite cell content than Type II fibers (satellite cells disappear from type ite cells disappear from type II at a faster rate)?II at a faster rate)?

‐‐ may be due to an increased capillary (and nutrient) supply. may be due to an increased capillary (and nutrient) supply. 

‐‐may be due to the fiber type use: Type 1 muscle fibers are used may be due to the fiber type use: Type 1 muscle fibers are used with greater frequency with greater frequency (low intensity activity, posture etc.), therefore, more satellit(low intensity activity, posture etc.), therefore, more satellite cells may be required for e cells may be required for ongoing minor injuries to muscleongoing minor injuries to muscle.

Feldman F. and Stockdale F.E. Skeletal muscle satellite cell diversity: Satellite cells form fibers of different types in cell culture. Dev Biol  143: 320‐334, 1991.

Verdijik L.B. et al. Satellite cell content is specifically reduced in type II skeletal muscle fibers in the elderly . Am J Physiol Endocrinol Metab 292: E151‐E157, 2007.

Exercise StimuliExercise Stimuli Connective and muscle tissue Connective and muscle tissue damage (ultrastructure) damage (ultrastructure) ––production of mitogens (MGF, production of mitogens (MGF, HGF etc. etc.)HGF etc. etc.)

Activation of Satellite Cells

Hyperplasia?Hyperplasia?

Fusion of Fusion of myoblast  myoblast  ‐‐ new new fiberfiber Donation of nuclear material to 

existing muscle fiber

Evidence for HyperplasiaEvidence for Hyperplasia

Potential Mechanisms for Hyperplasia:Potential Mechanisms for Hyperplasia:

•• Fiber splitting Fiber splitting –– cells enlarge (by hypertrophy) to the point that cells enlarge (by hypertrophy) to the point that their nuclei and other organelles cannot control all the normal their nuclei and other organelles cannot control all the normal cellular functionscellular functions

Ho et al. Skeletal muscle fiber splitting with weightHo et al. Skeletal muscle fiber splitting with weight‐‐lifting exercise in rats. lifting exercise in rats. Am J AnatAm J Anat157: 433157: 433‐‐440, 1980440, 1980

Animal models for hypertrophy/hyperplasiaAnimal models for hypertrophy/hyperplasia

Stretch Stretch 

Stretch Induced hypertrophy  Stretch Induced hypertrophy  ‐‐ chronic stretch (e.g. chronic stretch (e.g. –– hang an weight on a birds wing for weekshang an weight on a birds wing for weeks–– 10% of body mass) 10% of body mass) 

••Weight pulls chronically on the back muscles of the bird. Weight pulls chronically on the back muscles of the bird. 

••Causes hypertrophy Causes hypertrophy 

••Causes some hyperplasiaCauses some hyperplasia

••Mechanism Mechanism –– stretch stretch –– myototic reflex myototic reflex –– pulling back pulling back 

Sola O. et al. Sola O. et al. Exp NeuolExp Neuol 41: 7641: 76‐‐100, 1973100, 1973

Always S.  et al. J Always S.  et al. J Appl PhysiolAppl Physiol 66: 77166: 771‐‐781, 1989781, 1989

Antonio, J. et al. Antonio, J. et al. J. Appl PhysiolJ. Appl Physiol 75: 126375: 1263‐‐1271, 19931271, 1993

Siu P. and Alway S. J. Appl Physiol 99: 1897Siu P. and Alway S. J. Appl Physiol 99: 1897‐‐1904, 20051904, 2005

Review: Folland J.P. and Williams A.G. The adaptations to strengReview: Folland J.P. and Williams A.G. The adaptations to strength training: morphological and neurological th training: morphological and neurological contributions to increased strength. contributions to increased strength. Sports Medicine Sports Medicine 37: 14537: 145‐‐168, 2007168, 2007

Animal Model: Compensatory HypertrophyAnimal Model: Compensatory Hypertrophy

Ablation/tenotomy a synergistic muscle (cut away gastrocnemius aAblation/tenotomy a synergistic muscle (cut away gastrocnemius and soleus nd soleus –– leaving leaving plantaris)plantaris)

••Walking on isolated muscle causes hypertrophy to occur as a resuWalking on isolated muscle causes hypertrophy to occur as a result of chronic dynamic lt of chronic dynamic overload. overload. 

••Some studies show a small degree of hyperplasiaSome studies show a small degree of hyperplasia

••However However ‐‐ adaptations are a combination of endurance and resistance trainadaptations are a combination of endurance and resistance traininging

••Adaptations can be altered be training programsAdaptations can be altered be training programs

Goldberg A. Med Sci Sports 7: 185Goldberg A. Med Sci Sports 7: 185‐‐198, 1975198, 1975

Roy, R. et al. J Appl Physiol 83: 280Roy, R. et al. J Appl Physiol 83: 280‐‐290, 1997290, 1997

Animal model: weightAnimal model: weight‐‐trainingtraining

Animals lift weights for food Animals lift weights for food ‐‐ Gonyea et alGonyea et al’’s. Catss. Cats

Animals lifts weights (electric shock avoidance) Animals lifts weights (electric shock avoidance) –– HoHo’’s et als et al’’s ratss rats

•• Can cause considerable hypertrophy Can cause considerable hypertrophy 

•• Volume effect Volume effect –– to a point the more work the greater the hypertrophy and to a point the more work the greater the hypertrophy and hyperplasiahyperplasia

Ho et al. (1980) Ho et al. (1980)

Following table Following table –– studies showing hyperplasia (early studies)studies showing hyperplasia (early studies)

Kelley G. J Appl PhysiolKelley G. J Appl Physiol 81: 158481: 1584‐‐1588, 19961588, 1996

Reference Reference Overload Subject Muscle Technique

Alway (1991) Alway (1991) Chronic stretch Quail ALD NAD Alway (1993) Alway (1993) Chronic stretch Quail ALD Histo Alway (1994) Alway (1994) Chronic stretch Quail ALD Histo Alway et al. (1990) Alway et al. (1990) Chronic stretch Quail ALD NAD Alway et al. (1989) Alway et al. (1989) Chronic stretch Quail ALD NAD and Hist Antonio and Gonyea (1993) Antonio and Gonyea (1993) Intermittent stretch Quail ALD Histo Antonio and Gonyea (1993) Antonio and Gonyea (1993) Intermittent stretch Quail ALD Histo Antonio and Goynea (1994) Antonio and Goynea (1994) Intermittent stretch Quail ALD Histo Gollnick et al. (1983) Gollnick et al. (1983) Chronic stretch Chicken ALD NAD Gollnick et al. (1981) Gollnick et al. (1981) Ablation Rat Soleus, plantaris, and EDL NAD Gonyea (1980) Gonyea (1980) Weights Cat FCR Histo Gonyea (1977) Gonyea (1977) Weights Cat FCR Histo Gonyea et al. (1986) Gonyea et al. (1986) Weights Cat FCR NAD Ho et al. (1980) Ho et al. (1980) Weights Rat AL Histo Tamaki et al. (1992) Tamaki et al. (1992) Sprints/weights Rat Plantaris NAD Timson et al. (1985) Timson et al. (1985) Ablation Mice Soleus NAD Vaughan and Goldspink (1979) Vaughan and Goldspink (1979) Tenotomy Mice Soleus Histo

ALD, anterior latissimus dorsi; EDL, extensor digitorum longus; FCR, flexor carpi radialis; AL, adductor longus; Histo, histologicalcross sections; NAD, nitric acid digestion

Changes in muscle fiber number for individual studies (Example)

Reference No. of Subjects Treatment Control Difference Change, %

Alway (1) 5 1,653 ± 239 1,278 ± 145 375 29 Alway (2) 15 1,764 ± 221 1,208 ± 128 556 46 Alway (3) 12 1,766 ± 343 1,189 ± 270 577 48 Alway et al. (4) 10 1,251 ± 328 1,200 ± 367 51 4

9 1,247 ± 315 1,143 ± 304 104 9 8 1,240 ± 253 1,154 ± 148 86 7 8 1,247 ± 335 1,084 ± 202 162 15 8 1,283 ± 228 1,024 ± 176 258 25 9 1,305 ± 304 999 ± 167 306 31 9 1,462 ± 136 1,174 ± 102 287 24

Alway et al. (5) 12 1,945 ± 419 1,281 ± 287 664 52

Little doubt that at least in some in animal species, hyperplasiLittle doubt that at least in some in animal species, hyperplasia a can occurcan occur

What about humans? What about humans? –– typically cannot cut them up.typically cannot cut them up.

Human Methodology is indirect and difficultHuman Methodology is indirect and difficult

Human CrossHuman Cross‐‐sectional Studies:sectional Studies:

••Elite body male builders Elite body male builders –– larger total muscle Xlarger total muscle X‐‐sectional area sectional area –– however, fiber Xhowever, fiber X‐‐section was only slightly larger than section was only slightly larger than untrained control untrained control –– hyperplasia?hyperplasia?

MacDougall et al. MacDougall et al. J Appl PhysiolJ Appl Physiol 57: 139957: 1399‐‐14031403Larson and Tesch Larson and Tesch Eur J Appl PhysiolEur J Appl Physiol 55: 13055: 130‐‐136, 1986136, 1986

••Swimmers had larger deltoid total muscle area than control Swimmers had larger deltoid total muscle area than control ––fiber xfiber x‐‐sectional areas  no different than untrained sectional areas  no different than untrained control control –– hyperplasia?hyperplasia?

Nygaard and Nielson Nygaard and Nielson Swimming Medicine IVSwimming Medicine IV (6): 282(6): 282‐‐293, 1978. 293, 1978. 

Elite male and female BB Elite male and female BB –– Total muscle crossTotal muscle cross‐‐sectional area correlated with both fiber Xsectional area correlated with both fiber X‐‐section and Numbersection and Number

Alway et al. Alway et al. J Appl PhysiolJ Appl Physiol 19891989

However, Most studies indicate no hyperplasia in BB However, Most studies indicate no hyperplasia in BB –– the increased total muscle crossthe increased total muscle cross‐‐section is due to hypertrophy section is due to hypertrophy (i.e. fibers have greater X(i.e. fibers have greater X‐‐section) section) 

Haggemerk et al. Haggemerk et al. Scand J Clin Lab Invest Scand J Clin Lab Invest 38: 35538: 355‐‐360, 1978360, 1978MacDougall et al. J Appl Physiol 57: 1399MacDougall et al. J Appl Physiol 57: 1399‐‐1403, 19841403, 1984Schantz et al. Acta Physiol Scand 113: 5370539, 1981Schantz et al. Acta Physiol Scand 113: 5370539, 1981

Humans and Hyperplasia: longitudinal studiesHumans and Hyperplasia: longitudinal studies

Not much evidence of hyperplasia Not much evidence of hyperplasia –– increased cross sectional increased cross sectional area in response to resistance training is caused by area in response to resistance training is caused by hypertrophyhypertrophy

However, no longHowever, no long‐‐term studiesterm studies

McCall et al. J Appl Physiol 81: 2004‐2012, 1996

Abernethy et al. Sports Medicine 17:22‐38, 1996

•• Satellite cell incorporation Satellite cell incorporation –– SCSC’’s proliferate form new myoblast s proliferate form new myoblast (immature Muscle cells) (immature Muscle cells) –– myoblasts either fuse with an existing myoblasts either fuse with an existing cell or fuse with each other to form a new muscle fiber. cell or fuse with each other to form a new muscle fiber. 

Winchester P.K. et al. Satellite cell activation of the stretchWinchester P.K. et al. Satellite cell activation of the stretch‐‐enlarged anterior latissimus dorsi of the adult quail. enlarged anterior latissimus dorsi of the adult quail. Am J Am J PhysiolPhysiol 260:C206260:C206‐‐C212, 1991C212, 1991

Kadi  F. et al. Concomitant increases in myonuclear and satellitKadi  F. et al. Concomitant increases in myonuclear and satellite cell content in female trapezius muscle following e cell content in female trapezius muscle following strength training. strength training. Histochem and Cell BiolHistochem and Cell Biol 113: 99113: 99‐‐103, 2000103, 2000

Review: Folland J.P. and Williams A.G. The adaptations to strengReview: Folland J.P. and Williams A.G. The adaptations to strength training: morphological and neurological th training: morphological and neurological contributions to increased strength. contributions to increased strength. Sports Med Sports Med 37: 14537: 145‐‐168, 2007168, 2007

Heredity

Recovery /Adaptation

HEREDITYHEREDITYWORKWORK

SCHOOLSCHOOL

SOCIAL LIFESOCIAL LIFEGirl /boy friend Girl /boy friend ‐‐ AlcoholAlcohol

Wife/mistress     Other bad habitsWife/mistress     Other bad habits

Sheep, Dogs and Cats etc. etc. Sheep, Dogs and Cats etc. etc. TRAININGTRAINING

DAILY NUTRITIONDAILY NUTRITION

PHYSICAL PHYSICAL ENVIRONMENTENVIRONMENT

COACH ATHLETE INTERACTIONCOACH ATHLETE INTERACTION

INJURYINJURYSLEEPSLEEP

FACTORS (STRESSORS) EFFECTING ADAPTATION TO FACTORS (STRESSORS) EFFECTING ADAPTATION TO TRAINING AND SPORT PERFORMANCETRAINING AND SPORT PERFORMANCE

RESTORATION/RESTORATION/RECOVERY RECOVERY ––SupplementsSupplements

DAILY DAILY IRRITANTS: CELL IRRITANTS: CELL PHONE, BANKS, PHONE, BANKS, INSURANCE, IRS  INSURANCE, IRS  ETC. ETC. 

Individual differences:Individual differences:

Genetics versus EnvironmentGenetics versus EnvironmentHeredity - the most important factor influencing performance because:

1. Genetically linked physiological characteristics are associated with specific performance abilities

2. Genetic makeup establishes the boundary for adaptation

Some athletes boundary’s are more narrow than others (less adaptability)

Klissouras, V. Adaptability of genetic variation. Klissouras, V. Adaptability of genetic variation. J Appl PhysiolJ Appl Physiol 31: 33831: 338--344, 1971.344, 1971.

Bouchard, C. et al. Genetics of aerobic and anaerobic performanBouchard, C. et al. Genetics of aerobic and anaerobic performance. ce. Med Sci Sports ExercMed Sci Sports Exerc20:2720:27--58, 199258, 1992

STRENGTH/POWER ATHLETES: HERITABILITYSTRENGTH/POWER ATHLETES: HERITABILITY1.1. HIGH TESTOSTERONE CONCENTRATIONSHIGH TESTOSTERONE CONCENTRATIONS

Harris J.A. et al. The heritability of testosterone: a study of Dutch adolescent twins and their parents. Behav Genet 28:165‐171.

Hoekstra R.A. et al. Heritability of testosterone levels in 12‐year‐old twins and its relation to pubertal development. Twin Res Hum Genet. 9(4):558‐65, 2006

Kuijpers E.A. et al. Heritability of reproductive hormones in adult male twins. Hum Reprod.:2153‐9, 2007

Bogart, G. et al. Heritability of blood concentrations of sex‐steroids in relation to body composition in young adult male siblings. Clin Endocrinol (Oxf). 69:129‐35. 2008

2.2. ACTN3 GENOTYPE (SKELETAL MUSCLE ACTINACTN3 GENOTYPE (SKELETAL MUSCLE ACTIN‐‐BINDING PROTEIN ALPHABINDING PROTEIN ALPHA‐‐ACTININACTININ‐‐3 3 ––TYPE II FIBRES)TYPE II FIBRES)

Yang, N. et al. ACTN3 genotype is associated with elite athletic performance. Am J Hum Genet73:627‐631, 2003. 

3.3. ENHANCED MOTOR CONTROL AT FAST SPEEDSENHANCED MOTOR CONTROL AT FAST SPEEDS

Missitzi, J. and V. Klissouras. Heritability of neuromuscular coordination: Implications for control strategies. Med Sci Sport Exerc 36:233‐240, 2004.

Genetics: Hard GainersGenetics: Hard Gainers

REGARDLESS OF THE PROGRAM SOME INDIVIDUAL ATHLETES REGARDLESS OF THE PROGRAM SOME INDIVIDUAL ATHLETES WILL NOT GAIN MUCH SIZE AND RELATIVELY LESS STRENGTH WILL NOT GAIN MUCH SIZE AND RELATIVELY LESS STRENGTH AND POWERAND POWER

Van Etten L.M. et al. Effect of body build on weight-training-induced adaptations in body composition and muscular strength. Med Sci Sports Exerc 26:515-521, 1994. (somatotype)

Training Methods: factors effecting Hypertrophy, strength and power.

A Brief (very) Discussion)

Considerable data on mechanism of hypertrophy – Very little on methods 

Adaptation Depends Upon:Adaptation Depends Upon:

Subject Characteristics    Subject Characteristics     Training VariablesTraining Variables1. Experience1. Experience 1. 1. VolumeVolume

2. Level and2. Level and StateState 2. 2. Relative IntensityRelative Intensity

3. Sex3. Sex 3. Training Intensity3. Training Intensity

4. Age4. Age 4. 4. Rest/RecoveryRest/Recovery PeriodsPeriods

5. 5. Length of Training Sessions/Length of Training Sessions/

number of sessionsnumber of sessions

6. Time of day6. Time of day

7. Warm7. Warm‐‐up up –– catecholamine release, etc.catecholamine release, etc.

Volume (Work) EffectsVolume (Work) Effects

Volume Effects: 

Krieger J.W. Single versus multiple sets for muscle hypertrophy: a meta‐analysis JSCR 24: 1150‐1159, 2010 

Volume effects: Volume effects: 

Frobose et al.  Frobose et al.  Z Orthop Ihre Grenzgeb Z Orthop Ihre Grenzgeb 131(2):164131(2):164‐‐167, 1993167, 1993

Found that hypertrophy is better stimulated by higher volume‐loads

Stone et al. Stone et al. Strength and Cond. Strength and Cond. 18(3):4418(3):44‐‐51, 199651, 1996

Noted that elite bodybuilders, weightlifters and powerlifters have similar hypertrophy (x‐sec)  levels in commonly used muscles even though these athletes train very differently – suggested that over a long‐term that volume effects play major role  ‐ total work may be more important than number of reps per set among (except maybe for beginners)

Manipulation  of intensity (within volume) effects on strength in well‐trained athletes:  

Using higher volumes of moderateUsing higher volumes of moderate‐‐ heavy loading produces greater heavy loading produces greater strength gains then high volumes  or low volumes.strength gains then high volumes  or low volumes.

GonzalezGonzalez‐‐Badillo J.J Moderate volume of high relative training intensity Badillo J.J Moderate volume of high relative training intensity produces greater strength produces greater strength gains compared with low and high volumes in competitive weightligains compared with low and high volumes in competitive weightlifters. JCSR  fters. JCSR  20:73‐81, 2006

Relative Intensity: Training to FailureRelative Intensity: Training to Failure

Training to Failure Training to Failure 

Stone et al.  Stone et al.  Strength and Cond. Strength and Cond. 18(3):4418(3):44‐‐51, 199651, 1996

First suggested that training to failure was not needed to induce significant hypertrophy, strength or power 

• Bodybuilders often train to failure – based on biopsy of same muscle group  hypertrophy is not statistically greater than other strength trained athletes (i.e. powerlifters and weightlifters) – type I versus type II• Bodybuilders are not stronger (usually not as strong) as other strength‐power athletes • Short‐term (muscular) endurance might be enhanced 

Frobose et al.  Frobose et al.  Z Orthop Ihre Grenzgeb Z Orthop Ihre Grenzgeb 131(2):164131(2):164‐‐167, 1993167, 1993

•Found that hypertrophy is better stimulated by higher volume‐loads 

•Training to failure was not necessary to activate higher threshold motor units•Ballistic exercise also ⇑ recruitment of higher threshold motor units

Training to Failure

• Peterson M. et al. JSCR, 19(4):950‐958, 2005.– Meta‐analysis: Training to 

failure does not result in significantly greater strength gains than not training to failure.

Training to Failure

• Izquierdo M. et al. JAP, 100:1647‐1656, 2006.– Subjects: 

• 42 recreationally trained men

– Methods:• 16 weeks periodized training • Two treatment groups

– Sets to Failure (SF)– No sets to Failure (NSF)

– Results:

•• SF produced > (marginally)  performance gains in HIE enduranceSF produced > (marginally)  performance gains in HIE endurance•• NSF produced > performance gains in power NSF produced > performance gains in power •• NSF stimulated > resting IGF, Testosterone and < CortisolNSF stimulated > resting IGF, Testosterone and < Cortisol

Single versus Multiple SessionsSingle versus Multiple Sessions

General Consensus Among Coaches and Sport Scientists General Consensus Among Coaches and Sport Scientists ––

Theoretical paradigm – interval training – higher intensity can be maintained when work is broken up 

1.Multiple training sessions produce superior results2.Volume of training must not be excessive3.Subsequent training can be effected by previous training (i.e. fatigue management) – at least 4 hrs recovery between sessions?

Not much research availableNot much research available

Hakkinen K. and Pakarinen A. Serum hormones in male strength atlHakkinen K. and Pakarinen A. Serum hormones in male strength atletes during etes during intensive short term strength training.  Eur J Appl Physiol 63: intensive short term strength training.  Eur J Appl Physiol 63: 194194‐‐199. 199. 

HHääkkinen K. and Kallinen M.(1994) Distribution of strength volume kkinen K. and Kallinen M.(1994) Distribution of strength volume into one or two into one or two daily sessions and neuromuscular adaptations in female athletes.daily sessions and neuromuscular adaptations in female athletes. Electromyogr. Clin. Electromyogr. Clin. Neurophysiol., Neurophysiol., 34:11734:117‐‐124.124.

Hartman, M. et al. (2007) Comparisons between twiceHartman, M. et al. (2007) Comparisons between twice‐‐daily and once daily training daily and once daily training sessions in male weightlifters sessions in male weightlifters IJSP & P  IJSP & P  2:2: 159159‐‐169.169.

Methods:Compared equal training volume that were either encountered in one or two training sessions in one day

10 competitive female strength athletes3 week training blocks of either 1 or 2 sessions a day

The total daily volume encountered was identicalResults:

2 sessions a day produced greater⇑ in muscular strength (p < 0.05)⇑⇑ in muscle cross sectional area in muscle cross sectional area (p <0.05)⇑ in IEMG of trained muscles (not statistically significant)

Conclusion:  Multiple Training Sessions in One Day likely Conclusion:  Multiple Training Sessions in One Day likely Enhance the Adaptive Response to Training in Advanced Enhance the Adaptive Response to Training in Advanced AthletesAthletes

HHääkkinen and Kallinen kkinen and Kallinen Electromyogr. Clin. Neurophysiol., Electromyogr. Clin. Neurophysiol., 34:11734:117‐‐124, 124, 19941994

InterInter‐‐Set Rest PeriodsSet Rest Periods

Descriptive: ‐ greater volume loads  with longer rest/set – assumed to stimulate greater gains:

•Willardson and Burnett A comparison of 3 Different Rest Intervals on the Exercise Volume Completed During A Workout. JSCR 19: 23‐26, 2005

•Rahimi R. Effect Of Different Rest Intervals On The Exercise Volume Completed During Squat Bouts. J Sports Sci & Med 4: 361‐366, 2005

Training studies (greater strength gains with > rest):

•Robinson, J.M.,  et al. Effects of different weight training exercise-rest intervals on strength, power and high intensity endurance. JSCR , 9: 216‐221, 1995.

•Willardson and Burnett The Effect Of Different Rest Intervals Between Sets On Volume Components And Strength Gains JSCR  22: 146‐152, 2008

Training studies (greater CSA gains with > rest: 1 vs 2.5 min):

•Buresh R., Berg K.  and French J. The effect of resistive exercise rest intervals on hormonal response, strength and hypertrophy with training JSCR 23:62‐71, 2009

Training studies (equal results: 2 vs 5 min rest):

•Ahtiainen J.P. Short vs. long rest period between the sets in hypertrophic resistance training: influence on muscle strength, size, and hormonal adaptations in trained men. JSCR. 19(3):572‐82, 2005

Rest periods do appear to make a marked difference in Rest periods do appear to make a marked difference in the training intensity and volume load accomplished  the training intensity and volume load accomplished  ‐‐the greater loading and total work will likely result in the greater loading and total work will likely result in superior improvements in strength and power.  superior improvements in strength and power.  ‐‐ rest rest periods should be greater than 1 min:  3periods should be greater than 1 min:  3‐‐ 5 min 5 min appearappear to to be optimal for simultaneous strength, power be optimal for simultaneous strength, power and CSA and CSA gainsgains

de Salles B.F. et al. Rest interval between sets in strength training. Sports Med. 2009;39(9):765‐77

There is little evidence that short rest periods enhance There is little evidence that short rest periods enhance HIE endurance:HIE endurance:

García‐López D. et al. Effects of short vs. long rest period between sets on elbow‐flexor muscular endurance during resistance training to failure. JSCR:1320‐4, 2007.

Robinson, J.M.,  et al. Effects of different weight training exercise-rest intervals on strength, power and high intensity endurance. JSCR , 9: 216‐221, 1995.

Final thoughts:

Relationship between hypertrophy and performance is complex at best:

To an extent there are some individual variations –but in general using these ideas may increase hypertrophy adaptation:

1.Training variation2.Higher volumes (for hypertrophy alterations) 

* Higher reps among beginners, high‐moderate reps and higher intensity among advanced?

3.Sufficient rest ( not less than 2 min between sets)4.Sufficient recovery5.Supplementation

Stone et al. Training to failure: Is it worth it? Strength and Cond. 18(3):44‐51, 1996

Jones E.J. et al. Cross‐Sectional Area and Muscular Strength: A Brief Review Sports Med  38: 987‐994, 2008

Questions:

Steve Reeves 1947 Mr. America (98 kg)

Ronnie Coleman Mr. Olympia, 2005 (137 kg)

The Governator, Mr. Olympia, 1980 (103 kg)


Recommended