Hvad er de fysiologiske tilpasninger ved styrketræning?

Når man styrketræner bliver du stærkere og dine muskler vokser, fordi der sker nogle fysiologiske ændringer i musklerne. Jeg synes, det er spændende at vide, hvad effekten er og hvilke fysiologiske tilpasninger, der egentlig sker ved styrketræning, så det har jeg undersøgt.

Styrketræning har flere fysiologiske tilpasninger. Der sker både tilpasninger i nerveystemet, i musklerne og i knogle- og senevævet. Man kan opdele ændringerne i morfologiske tilpasninger, neurale tilpasninger og metaboliske tilpasninger.

Før vi kan kigge på effekten af styrketræning og de fysiologiske tilpasninger, så er det formentlig på sin plads med en definition af styrketræning.

Hvilke fysiologiske forandringer er effekten af styrketræning?

I dette indlæg kommer jeg ind på de fysiologiske tilpasninger, der kommer ved at lave styrketræning.

Effekten af styrketræning kan deles op i neurale tilpasninger, morfologiske tilpasninger og metaboliske tilpasninger.

Morfologiske adaptationer: Tilpasninger i musklen og muskelfibrene, fx ændringer i størrelse og fibertyper.
Neurale adaptationer: Tilpasninger i nervesystemet og signalerne til musklerne.
Metaboliske tilpasninger: De tilpasninger der ser i musklens metaboliske system og energiforsyning.

Neurale tilpasninger ved styrketræning

Når man styrketræner sker der en række neuromuskulære forandringer i kroppen. Der sker en udvikling i hjernens nerveledning til musklerne.

For at lave en bevægelse skal nervesystemet sende et signal til musklerne om at trække sig sammen. Alle bevægelser starter således i hjernen med et signal til musklerne.

Hvis samspillet mellem nerverne og musklerne forbedres, får udøveren bedre teknik, større styrke og kan lave bevægelser hurtigere.

Hjernen sender et nervesignal gennem nervesystemet
Musklerne trækker sig sammen og ændrer vinklen i leddene
Hjernen modtager signaler fra musklerne om status for bevægelserne

Dette samspil sker med forskellig effektivitet alt efter hvor trænet hjerne og muskler er til at arbejde sammen.

De neurale impulser, hjernen sender ud til musklen og de impulser hjernen modtager fra musklerne udgør tilsammen det neurale drive. Det neurale drive afhænger af forskellige faktorer:

Rekruttering — Hjernens og nervesystemets evne til at sende så stærke impulser muligt ud til muskelfiberenhederne (motor units) og derved rekruttere så mange fibre som muligt.
Rate Coding — Fyringsfrekvensen af impulserne til muskel enhederne (motor units)
Synkronisering — Hjernens evne til at frigive impulserne til de forskellige muskler, så bevægelserne bliver så glidende og præcise som muligt

Når du træner, så bliver du bedre til at udnytte disse neurale faktorer, så dine bevægelser bliver mere effektive. Når du træner bliver du ganske enkelt bedre til at aktivere din muskelmasse. Du kan både aktivere en større del af den - og du forbedrer samspillet mellem musklerne.

Den trænede kan altså i forhold til den utrænede:

Sende flere impulser til at stimulere musklen og rekruttere flere muskelfibre, og derfor kan du løfte tungere vægte
Skyde impulserne hurtigere af sted og sørge for, at de lander på den rigtige adresse og dermed udnyttes optimalt
Synkronisere impulserne til optimalt teknisk udførelse af øvelsen eller bevægelsen

Ændringerne i nervesystemet er mest udtalte, når du træner med tungere vægte, fx 1-8 RM. Når vægtene er tunge, så skal hjernen sørge for at aktivere en større del af muskelmassen for at accelerere vægten.

video til Hvad er de fysiologiske tilpasninger ved styrketræning?

For begyndere og lettere trænede, så kan du formentlig udnytte et stort spektrum af rep ranges for at få de neurale fordele. Det afgørende er, at du løfter stangen med maximal intent - altså så hurtigt som du overhovedet kan. Så som begynder og lettere trænet kan du tilegne dig neurale forbedringer fra 1-12 RM.

For de trænede gælder det, at du skal løfte med høj intensitet.

Desto mere trænet, desto tættere skal du på 1RM for at du kan få yderligere neurale tilpasninger, der relaterer sig til maksimal muskelstyrke. Som tommelfingerregel sker hovedparten af de neurale tilpasninger fra 1-8 RM for trænede.

Morfologiske forandringer ved styrketræning

I forhold til træning som stimulus tyder meget på, at den væsentligste driver til hypertrofi er træningsvolumen og den mekaniske spænding i musklerne og -fibrene og følsomheden over for strækket og kraften genereret i musklen (Damas, Libardi og Ugrinowitch 2017; Schoenfeld 2010).

Muskelskade er en biprodukt af den mekaniske spænding, men måske ikke i sig selv nødvendig for muskelvækst, selvom nedbrydningen formentlig igangsætter reparationen, der er nødvendig for at få styrken tilbage (Kwon n.d.; Hernandez n.d.; Schoenfeld 2010).

Der er altså to store årsager til, at musklerne vokser:

Høj ekstern belastning. Enten kan den eksterne belastning være tilpas nok høj til, at vi rekrutterer en betydelig mængde fibre i den arbejdende muskel.
Udtrætning og metabolisk stress. Eller kan vi løfte en relativ lav vægt mange gange nok til, at musklen udtrættes (metabolisk stress), og musklen tvinges til at rekruttere flere og flere af sine fibre for at kunne opretholde arbejdet. Derfor er metabolisk stress et værktøj til at skabe mekanisk spænding i flest mulige fibre i en given muskel. Udtrætning af musklerne til nær-udmattelse er sandsynligvis et vigtigt parameter - især ved træning med lavere belastning (mindre end 60-70% af 1RM).

Om det lykkes at få musklerne til at vokse afhænger af følgende faktorer:

Helkropsniveau. Ernæring, restitution og hormoner.
I musklerne. Mekanisk stress, vækstfaktorer, inflammation og affaldsstoffer.

Styrketræning er den stimulus, der giver anledning til at udløse vækstfaktorer i musklerne. Følgende liste er et forslag til stimulus, som tilføjer vækstfaktorer:

Stræk. Den mekaniske trækbelastning og stræk af muskelcellerne ser ud til at udløse vækstfaktorer.

Det diskuteres jævnligt om sarcoplasmatisk eller myofibrillær hypertrofi. Men det er en meget længere diskussion., men der forskes fortsat i emnet og Roberts et al (2020) har lige udgivet et review.

Du kan fx læse videre i vores praktiske tilgang til, hvordan muskler vokser.

Fysiologiske tilpasninger i forhold til tung styrketræning

Per Aagaard (2009) har foreslået følgende figur for at vise sammenhængen mellem de dokumenterede fysiologiske forandringer i forhold til opbygningen af træningen og udbyttet af den.

Fysiologiske tilpasninger til styrketræning i forhold til intensitet i styrketræningen. Vi mener primært den er retvisende for trænede individer. Baseret på Aagaard (2009)

Figuren giver en relativt forenklet opfattelse af, hvilket styrketræningsstimulus, der skaber hvilke fysiologiske tilpasninger. Vi mener dog, at det er nødvendigt at skelne mellem utrænede, lettere trænede og trænede i forståelsen, da billedet for tilpasningerne ikke er det samme for de to grupper.

Utrænede og lettere trænede

Formentlig kan både 1-8 RM og 6-8 RM være nogenlunde lige så effektivt til at skabe neurale tilpasninger for utrænede og lettere trænede. Særligt hvis træningen udføres med maksimal intention i hver gentagelse. Altså at du forsøger at flytte stangen så hurtigt som muligt.

Derfor foreslår vi følgende model for morfologiske og neurale fysiologiske tilpasninger til styrketræning for utrænede.

Fysiologiske tilpasninger til styrketræning i forhold til intensitet i styrketræningen primært rettet mod begyndere, hvor alle pilene er lidt tykkere. Tilpasning af Aagaard (2009) til at passe bedre på utrænede og lettere trænede.

Trænede

Træning med 6-12 RM giver primært morfologiske adaptationer, som er med til at give en øget maksimal styrke. Effekten på de neurale tilpasninger er fra 6-12 RM begrænset, og derved bliver effekten på eksplosiv muskelstyrke og excentrisk muskelstyrke også begrænset.

Noget af din træning skal laves i dette rep range for at få musklerne til at vokse. Når musklerne vokser har de imidlertid også potentiale til at yde mere kraft. Man kan sige at musklens kraftpotentiale bliver højere.

Træning udført ønsket om at flytte stangen så hurtigt som muligt med 1-8 RM giver markante forbedringer på både maksimal-, eksplosiv- og excentrisk- muskelstyrke. En stor del af denne effekt er de neurale tilpasninger.

Den tunge styrketræning er med til at forbedre præstationsevnen og forebygge idrætsskader, særligt pga. de neurale tilpasninger. For at løfte i dette rep range med maksimal, eksplosiv kraft, kræver det naturligvis noget tilvænning og tekniktræning.

Det er vigtigt at huske på, at rep ranges er en tommelfingerregel i forhold til, hvad man opnår med styrketræning. Billedet er meget mere mudret end man skulle tro, når man læser rundt omkring i styrketræningslitteraturen.

Der er mange veje til det samme mål i forhold til styrke og hypertrofi. Kilde: Greg Nuckols

Tidligere har vi skrevet en artikel, der handler om, hvordan muskler vokser, som giver nogle praktiske anvisninger på, hvordan du kan træne for muskeltilvækst.

Vi har skrevet et andet indlæg om de fysiologiske tilpasningerne til konditionstræning.

Referencer

Alfredson, H., T. Pietilä, P. Jonsson, og R. Lorentzon. 1998. “Heavy-Load Eccentric Calf Muscle Training for the Treatment of Chronic Achilles Tendinosis”. The American Journal of Sports Medicine 26 (3): 360–66. https://doi.org/10.1177/03635465980260030301.
Croisier, Jean-Louis, Bénédicte Forthomme, Marie-Hélène Namurois, Marc Vanderthommen, og Jean-Michel Crielaard. 2002. “Hamstring Muscle Strain Recurrence and Strength Performance Disorders”. The American Journal of Sports Medicine 30 (2): 199–203. https://doi.org/10.1177/03635465020300020901.
Egan, Brendan, og Juleen R. Zierath. 2013. “Exercise Metabolism and the Molecular Regulation of Skeletal Muscle Adaptation”. Cell Metabolism 17 (2): 162–84. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2012.12.012.
Ettinger, W. H., R. Burns, S. P. Messier, W. Applegate, W. J. Rejeski, T. Morgan, S. Shumaker, m.fl. 1997. “A Randomized Trial Comparing Aerobic Exercise and Resistance Exercise with a Health Education Program in Older Adults with Knee Osteoarthritis. The Fitness Arthritis and Seniors Trial (FAST)”. JAMA 277 (1): 25–31.
Folland, Jonathan, og Alun Williams. 2007. “The adaptations to strength training: Morphological and neurological contributions to increased strength”. Sports medicine (Auckland, N.Z.) 37 (februar): 145–68. https://doi.org/10.2165/00007256-200737020-00004.
Franchi, Martino V., Philip J. Atherton, Constantinos N. Maganaris, og Marco V. Narici. 2016. “Fascicle length does increase in response to longitudinal resistance training and in a contraction-mode specific manner”. SpringerPlus 5 (januar). https://doi.org/10.1186/s40064-015-1548-8.
Groennebaek, Thomas, og Kristian Vissing. 2017. “Impact of Resistance Training on Skeletal Muscle Mitochondrial Biogenesis, Content, and Function”. Frontiers in Physiology 8 (september). https://doi.org/10.3389/fphys.2017.00713.
Hansen, P., J. Bojsen-Moller, P. Aagaard, M. Kjaer, og S. P. Magnusson. 2006. “Mechanical Properties of the Human Patellar Tendon, in Vivo”. Clinical Biomechanics (Bristol, Avon) 21 (1): 54–58. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2005.07.008.
Holloway, Tanya M., Tim Snijders, Janneau VAN Kranenburg, Luc J. C. VAN Loon, og Lex B. Verdijk. 2018. “Temporal Response of Angiogenesis and Hypertrophy to Resistance Training in Young Men”. Medicine and Science in Sports and Exercise 50 (1): 36–45. https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000001409.
Hurley, B. F., og S. M. Roth. 2000. “Strength Training in the Elderly: Effects on Risk Factors for Age-Related Diseases”. Sports Medicine (Auckland, N.Z.) 30 (4): 249–68. https://doi.org/10.2165/00007256-200030040-00002.
Jonsson, P., og H. Alfredson. 2005. “Superior Results with Eccentric Compared to Concentric Quadriceps Training in Patients with Jumper’s Knee: A Prospective Randomised Study”. British Journal of Sports Medicine 39 (11): 847–50. https://bjsm.bmj.com/content/39/11/847.
Klinge, K., S. P. Magnusson, E. B. Simonsen, P. Aagaard, K. Klausen, og M. Kjaer. 1997. “The Effect of Strength and Flexibility Training on Skeletal Muscle Electromyographic Activity, Stiffness, and Viscoelastic Stress Relaxation Response”. The American Journal of Sports Medicine 25 (5): 710–16. https://doi.org/10.1177/036354659702500522.
Kongsgaard, M., S. Reitelseder, T. G. Pedersen, L. Holm, P. Aagaard, M. Kjaer, og S. P. Magnusson. 2007. “Region Specific Patellar Tendon Hypertrophy in Humans Following Resistance Training”. Acta Physiologica (Oxford, England) 191 (2): 111–21. https://doi.org/10.1111/j.1748-1716.2007.01714.x.
Kryger, A. I., og J. L. Andersen. 2007. “Resistance Training in the Oldest Old: Consequences for Muscle Strength, Fiber Types, Fiber Size, and MHC Isoforms”. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports 17 (4): 422–30. https://doi.org/10.1111/j.1600-0838.2006.00575.x.
Kubo, Keitaro, Hiroaki Kanehisa, og Tetsuo Fukunaga. 2002. “Effects of Resistance and Stretching Training Programmes on the Viscoelastic Properties of Human Tendon Structures in Vivo”. The Journal of Physiology 538 (Pt 1): 219–26. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2001.012703.
Kubo, K., H. Kanehisa, M. Miyatani, M. Tachi, og T. Fukunaga. 2003. “Effect of Low-Load Resistance Training on the Tendon Properties in Middle-Aged and Elderly Women”. Acta Physiologica Scandinavica 178 (1): 25–32. https://doi.org/10.1046/j.1365-201X.2003.01097.x.
Langberg, H., H. Ellingsgaard, T. Madsen, J. Jansson, S. P. Magnusson, P. Aagaard, og M. Kjaer. 2007. “Eccentric Rehabilitation Exercise Increases Peritendinous Type I Collagen Synthesis in Humans with Achilles Tendinosis”. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports 17 (1): 61–66. https://doi.org/10.1111/j.1600-0838.2006.00522.x.
Layne, J. E., og M. E. Nelson. 1999. “The Effects of Progressive Resistance Training on Bone Density: A Review”. Medicine and Science in Sports and Exercise 31 (1): 25–30. https://doi.org/10.1097/00005768-199901000-00006.
Martyn-St James, M., og S. Carroll. 2006. “High-Intensity Resistance Training and Postmenopausal Bone Loss: A Meta-Analysis”. Osteoporosis International: A Journal Established as Result of Cooperation between the European Foundation for Osteoporosis and the National Osteoporosis Foundation of the USA 17 (8): 1225–40. https://doi.org/10.1007/s00198-006-0083-4.
Menkes, A., S. Mazel, R. A. Redmond, K. Koffler, C. R. Libanati, C. M. Gundberg, T. M. Zizic, J. M. Hagberg, R. E. Pratley, og B. F. Hurley. 1993. “Strength Training Increases Regional Bone Mineral Density and Bone Remodeling in Middle-Aged and Older Men”. Journal of Applied Physiology 74 (5): 2478–84. https://jhu.pure.elsevier.com/en/publications/strength-training-increases-regional-bone-mineral-density-and-bon-4.
Miller, Benjamin F., Jens L. Olesen, Mette Hansen, Simon Døssing, Regina M. Crameri, Rasmus J. Welling, Henning Langberg, m.fl. 2005. “Coordinated Collagen and Muscle Protein Synthesis in Human Patella Tendon and Quadriceps Muscle after Exercise”. The Journal of Physiology 567 (Pt 3): 1021–33. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2005.093690.
Reeves, N. D., M. V. Narici, og C. N. Maganaris. 2006. “Myotendinous Plasticity to Ageing and Resistance Exercise in Humans”. Experimental Physiology 91 (3): 483–98. https://doi.org/10.1113/expphysiol.2005.032896.
Reeves, N. D., C. N. Maganaris, og M. V. Narici. 2003. “Effect of Strength Training on Human Patella Tendon Mechanical Properties of Older Individuals”. The Journal of Physiology 548 (Pt 3): 971–81. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2002.035576.
Ryan, A. S., M. S. Treuth, M. A. Rubin, J. P. Miller, B. J. Nicklas, D. M. Landis, R. E. Pratley, C. R. Libanati, C. M. Gundberg, og B. F. Hurley. 1994. “Effects of Strength Training on Bone Mineral Density: Hormonal and Bone Turnover Relationships”. Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md.: 1985) 77 (4): 1678–84. https://doi.org/10.1152/jappl.1994.77.4.1678.
Schilke, J. M., G. O. Johnson, T. J. Housh, og J. R. O’Dell. 1996. “Effects of Muscle-Strength Training on the Functional Status of Patients with Osteoarthritis of the Knee Joint”. Nursing Research 45 (2): 68–72. https://doi.org/10.1097/00006199-199603000-00002.
Suominen, Harri. 2006. “Muscle Training for Bone Strength”. Aging Clinical and Experimental Research 18 (2): 85–93. https://doi.org/10.1007/BF03327422.
Hoff, J., A. Gran, og J. Helgerud. 2002. “Maximal Strength Training Improves Aerobic Endurance Performance”. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports 12 (5): 288–95. https://doi.org/10.1034/j.1600-0838.2002.01140.x.
Rønnestad, Bent R., Ernst A. Hansen, og Truls Raastad. 2012. “Strength Training Affects Tendon Cross-Sectional Area and Freely Chosen Cadence Differently in Noncyclists and Well-Trained Cyclists”. Journal of Strength and Conditioning Research 26 (1): 158–66. https://doi.org/10.1519/JSC.0b013e318218dd94.
Kubo, Keitaro, Toshihiro Ikebukuro, Hideaki Yata, Naoya Tsunoda, og Hiroaki Kanehisa. 2010. “Time Course of Changes in Muscle and Tendon Properties during Strength Training and Detraining”. Journal of Strength and Conditioning Research 24 (2): 322–31. https://doi.org/10.1519/JSC.0b013e3181c865e2.
Erskine, Robert M., David A. Jones, Nicola Maffulli, Alun G. Williams, Claire E. Stewart, og Hans Degens. 2011. “What Causes in Vivo Muscle Specific Tension to Increase Following Resistance Training?” Experimental Physiology 96 (2): 145–55. https://doi.org/10.1113/expphysiol.2010.053975.