Molecular and hormonal responses and adaptation to resistance and protein nutrition in young and older men

Abstract

The aim of the present study was to investigate the mechanisms leading to muscle hypertrophy in humans by studying local muscle molecular and systemic hormonal responses to a single bout of heavy resistance exercise (RE) and to long-term resistance training (RT) with or without protein supplementation in a randomized controlled double-blinded design. In line with earlier studies, heavy RT for 21 weeks led to muscle hypertrophy and an increase in muscle strength in both young and older men. Whey protein ingestion before and after each RE workout increased vastus lateralis (VL) muscle cross-sectional area and seemed to accelerate the increase in VL muscle thickness as well as the increase in body mass.However, no effect of protein was seen in muscle fiber size or in muscle force. A bout of RE in both young and older men decreased myostatin and its receptor gene expression. However, when protein was ingested before and after the RE bout, the decrease in myostatin mRNA and protein content did not occur and also the increase in serum testosterone during the RE bout was attenuated. The results of the older men suggest that the latter was not explained by a significant difference in the expression of androgen receptors. Protein ingestion increased the gene expression of the positive cell cycle regulator cdk2 after the RE bout and RT. The RE bout rapidly and favourably increased the phosphorylation of mTOR signaling pathway proteins, and whey protein ingestion strengthened and prolonged this response. RT did not consistently change the acute mRNA response to the single bout of RE or change the basal level of mRNA expression. However, the basal individual changes in androgen receptor concentration during the RT period seemed to explain, in part, the muscle hypertrophy observed during RT.Altogether, this thesis provides new information about the molecular events that possibly regulate muscle hypertrophy during resistance training with or without protein ingestion. These results could be applied when planning proper training and nutrition protocols with the objective of increasing or at least maintaining good muscle size and functional capacity.

Heraproteiinilisän nauttiminen ennen ja jälkeen jokaisen kaksi kertaa viikossa suoritetun voimaharjoituksen tehosti lihasten koon kasvua. Tämä selvisi Juha Hulmin väitöstutkimuksessa, jossa käytettiin 15 grammaa proteiinilisää sekä ennen ja jälkeen harjoituksen 21 viikon ajan. Verrokkiryhmä nautti plasebojuomaa.- Selityksenä tälle näyttää olevan erityisesti nopeat harjoituksen jälkeiset muutokset lihasten mTOR-signalointireitin aktivoinnissa. Tämän reitin aktivoituminen on tärkeää lihasproteiinien synteesissä. Lihaksethan koostuvat pääosin proteiinista ja vedestä. Toinen selittävä tekijä oli lihaksen omien kantasolujen kaltaisten solujen jakautumiskapasiteetin lisääntyminen, Hulmi analysoi.Voimaharjoitus vähensi lihasten kasvun estäjien ilmentymistä. Yksittäinen raskas voimaharjoitus laski lihasten kasvua estävän proteiinin, myostatiinin ja sen vaikutusta välittävän reseptorin ilmentymistä. Teoriassa tällöin myostatiinin vaikutus lihassoluissa vähentyy edistäen lihasten koon kasvua.Voimaharjoittelu sopii vanhoille ja nuorille. Voimaharjoittelu on erittäin tehokas tapa lisätä lihasten kokoa ja voimaa sekä nuorilla että vanhoilla. Tulokset rohkaisevat voimaharjoittelua harrastavia nauttimaan proteiinipitoista ravintoa ennen voimaharjoitusta ja välittömästi sen jälkeen.- Ei saa kuitenkaan unohtaa terveellistä, mm. runsaasti kasviksia, hedelmiä ja marjoja sisältävää ravintoa riittävän suojaravintoaineiden saannin ja muiden terveysvaikutusten varmistamiseksi, Hulmi muistuttaa.Lihasten koon ja sen myötä toimintakyvyn lasku ikääntyvillä on suuri ongelma ikääntyvän väestönosan osuuden kasvaessa voimakkaasti. Toisaalta usein jo nuorilla lihasten kuormittamattomuus ja vääränlainen ravinto johtavat pieneen ja heikkoon lihaksistoon.Hulmin tutkimuksessa selvitettiin voimaharjoittelun ja proteiiniravinnon vaikutuksia sekä nuorilla 25-vuotiailla että vanhemmilla 60-vuotiailla terveillä miehillä. Proteiinilisänä oli korkealaatuisena pidetty maidon hera. Tutkimus toteutettiin satunnaistettuna, kontrolloituna ja kaksoissokkona.