Chronology of neuromuscular adaptations to strength training : the role of intermuscular coordination

Abstract

As adaptações na coordenação intermuscular ainda não são completamente compreendidas, embora os mecanismos subjacentes possam representar um elevado potencial explicativo para os ganhos de força após um período de treino. O propósito desta dissertação é procurar entender quais as adaptações agudas, de curta-duração e de longa-duração ao treino de força na coordenação intermuscular. Especificamente, é apresentado um conjunto de 6 estudos que permitiram uma melhor compreensão sobre alterações na coordenação intermuscular no que diz respeito: i) às respostas agudas a estímulos fatigantes, ii) às adaptações de curta-duração após um período de treino de agachamento de 6 semanas, e iii) às adaptações de longa-duração relativas à comparação de grupos com diferente experiência de treino. O Estudo I procurou retratar o estado de arte relativamente aos diferentes mecanismos de controlo dos agonistas, sinergistas e antagonistas da ação muscular entre indivíduos destreinados e experientes. Durante contrações máximas foi observado, de forma geral, um maior input neural para os músculos agonistas, enquanto que durante contrações submáximas se verificou uma maior eficiência no recrutamento para os indivíduos experientes, que também apresentaram um diferente controlo dos músculos antagonistas assim como diferentes estratégias de controlo da coordenação global durante tarefas motoras complexas. O Estudo II retratou o estado de arte sobre as adaptações agudas na coordenação intermuscular após protocolos fatigantes, nomeadamente no que diz respeito à coerência intermuscular (IMC), permitindo inferir sobre a sincronização de unidades motoras em músculos diferentes. O recrutamento sincronizado de dois músculos em diferentes bandas de frequências permitiu uma melhor compreensão sobre as respostas centrais agudas para compensar a fadiga. O Estudo III foi protocolado de forma a possibilitar uma melhor compreensão sobre as adaptações agudas à fadiga durante contrações máximas em indivíduos com diferente experiência de treino. Os indivíduos experientes apresentaram valores superiores de força máxima e rápida, e de IMC na banda-beta entre o vasto externo e o reto femoral do quadricípite. Após a fadiga, diferentes respostas dos dois grupos foram observadas na taxa de ativação do reto femoral do quadricípite, representando a importância do controlo dos músculos biarticulares durante a produção de força em tarefas multiarticulares. Os Estudos IV-VI permitiram perceber as adaptações ao treino de força de curta-duração (6 semanas) e/ou de longa-duração na coordenação intermuscular em i) tarefas multiarticulares (leg-press) durante produção de força isométrica máxima, ii) extensões do joelho durante produção de força isométrica submáxima e iii) tarefas dinâmicas durante agachamentos com diferentes cargas. Alterações no recrutamento sincronizado após 6 semanas de treino de agachamento foram observadas entre músculos com diferentes funções durante contrações isométricas máximas e submáximas. Para além disso, 6 semanas de treino modificaram o perfil carga-velocidade de agachamento, com alterações paralelas na componente espacial do recrutamento sinérgico dos músculos do membro inferior. Por sua vez, indivíduos com experiência de longa-duração também apresentaram um diferente acoplamento entre músculos em tarefas isométricas máximas e submáximas quando comparados com indivíduos com experiência de curta-duração ou destreinados, sendo isso maioritariamente associado ao recrutamento do reto femoral do quadricípite. Os indivíduos mais experientes mostraram ainda adaptações nas componentes espaciais e temporais das sinergias neuromusculares durante agachamentos dinâmicos a diferentes intensidades. Esta tese apresenta resultados pertinentes no estudo das adaptações neurais na coordenação intermuscular, sugerindo adaptações específicas em fases cronologicamente distintas do processo de treino .

Neural adaptations in intermuscular coordination are not fully understood, although the underlying mechanisms may be determinant to strength gains following strength training. Thus, the purpose of this dissertation is to bring new insights into the acute, short-term and long-term adaptations in intermuscular coordination to strength training. Specifically, it is presented a set of 6 studies that allowed to understand changes in intermuscular coordination concerning i) the acute responses following fatiguing protocols, ii) the short-term adaptations following 6 weeks of a squat training program, and iii) the long-term adaptations regarding the comparison between individuals with different training status. Study I aimed to reflect the state of the art regarding the different neural mechanisms in the control of agonist, antagonist and synergist muscles between untrained and highly trained individuals. Generally increased neural input to the agonist muscles during maximal contractions and a more efficient recruitment during submaximal tasks was observed for the long-term trained individuals, who have also presented different control of the antagonist muscle as well as different strategies of global coordination during complex motor tasks. Study II reflected the state of the art regarding the acute adaptations in intermuscular coordination following fatiguing protocols, namely concerning intermuscular coherence (IMC), which allowed to infer about the motor unit synchronization in different muscles. The coupling between muscles at different frequency-bands allowed to better understand the acute central responses to compensate fatigue. Study III was designed to understand the acute adaptations to fatigue during maximal force production in individuals with different training background. The long-term trained individuals presented greater maximal and rapid force, and IMC at beta-band between vastus lateralis and rectus femoris than the untrained individuals. After fatigue, different responses concerning the rate of activation of rectus femoris were observed, representing the relevance of the role of biarticular muscles during force production in multi-joint tasks. Studies IV-VI allowed to understand the 6-week short-term and/or long-term training adaptations in intermuscular coordination regarding i) maximal isometric force production during multi-joint exercises, ii) submaximal isometric torque production during knee extension and iii) dynamic strength during squats with different loads. Changes in coupling following the 6 weeks of squat training were observed between muscles with different functional roles during maximal and submaximal isometric contractions. In addition, 6 weeks of training impacted the load-velocity profile of the squat, with parallel changes in the spatial component of the synergic recruitment of lower limb muscles. On its turn, long-term trained individuals have also presented different coupling between muscles in maximal and submaximal isometric contractions compared to short-term trained and untrained individuals, associated mainly to differences concerning the recruitment of rectus femoris. Furthermore, long-term trained individuals presented adapted spatial and temporal synergy components during dynamic squats at different intensities. This thesis presents novel insights into the neural adaptations in intermuscular coordination, suggesting that specific adaptations emerge at different timings during the training process. Neuromuscular adaptations to strength training are vastly described. It is usually accepted that initial gains in strength are caused by neural adaptations while muscular adaptations present a major role at the long-term. However, recent research suggests that muscular adaptations may emerge earlier and that neural adaptations remain evolving at later training stages.