Effect of resistance training, detraining, and retraining on ribosome biogenesis

Abstract

Tämän pro gradu -tutkielman tarkoituksena on selvittää voimaharjoittelun, voimaharjoittelutauon ja uudelleenharjoittelun vaikutusta ribosomien biogeneesiin. Tässä tutkielmassa tarkastellaan myös jatkuvan ja tauon sisältävän voimaharjoittelun vaikutusta ribosomien biogeneesiin. Lisäksi tarkastellaan ribosomien biogeneesin ja lihaskasvun välistä korrelaatiota voimaharjoittelun myötä.

Ribosomien biogeneesi viittaa ribosomien määrään kasvun. Ribosomit ovat solujen proteiinisynteesikoneita. Niiden määrän kasvun on havaittu olevan linkittynyt lihaskasvuun. On kuitenkin epäselvää, millä aikajanalla ribosomien biogeneesiä tapahtuu voimaharjoittelun myötä. On myös epäselvää, miten voimaharjoittelutauko ja voimaharjoittelun jatko uudelleen tauon jälkeen vaikuttaa ribosomien biogeneesiin. Lisäksi ribosomien biogeneesin merkityksestä lihaskasvussa on ristiriitaista tietoa. Tässä tutkielmassa tutkittavat (n = 24) tekivät voimaharjoittelua 20 viikkoa. Jatkuva ryhmä (n = 13), aloitti 10 viikon kontrollijaksolla ja suoritti tämän jälkeen 20 viikon voimaharjoittelujakson. Uudelleenharjoitteluryhmä (n = 11) aloitti 10 viikon voimaharjoittelujaksolla, jota seurasi 10 viikon voimaharjoittelutauko ja lopuksi jatkoivat voimaharjoittelua uudelleen 10 viikon ajan. Uloimman reisilihaksen poikkipinta-alan muutosta mitattiin ultraäänellä 10 viikon välein. Lihasbiopsiat otettiin uloimmasta reisilihaksesta 10 viikon välein. Lihasnäytteistä eristettiin RNA, jonka pitoisuus määritettiin spektrofotometrialla. RNA:n pitoisuutta ja RNA:n määrää suhteessa uloimman reisilihaksen kokoon käytettiin markkerina ribosomien määrälle ja biogeneesille. Tilastollisen merkitsevyyden rajaksi asetettiin p < 0.05.

Voimaharjoittelu kasvatti lihasten poikkipinta-alaa ilman eroa ryhmien välillä jakson lopussa. RNA:n pitoisuus kasvoi lähtötasoon verrattuna 20 viikon voimaharjoittelun, mutta ei 10 viikon jälkeen. RNA:n kokonaismäärä (RNA:n pitoisuuden ja lihaskoon muutoksen tulo) oli kasvanut jo kymmenen viikon kohdalla, mutta muutosta 10 ja 20 viikon voimaharjoittelun välillä ei ollut. Ryhmien välillä ei ollut merkittäviä eroja ribosomien biogeneesin markkereissa. Voimaharjoittelutauon aikana RNA:n pitoisuudessa tai määrässä ei tapahtunut muutoksia, vaikka lihaskoko pieneni. Lihaskoon kasvun ja RNA:n määrän kasvun välillä oli positiivinen korrelaatio 10 viikon, mutta ei 20 viikon voimaharjoittelun jälkeen.

Tulokset viittaavat siihen, että voimaharjoittelun myötä tapahtuu ribosomien biogeneesiä, joka tasaantuu voimaharjoittelujakson aikana. Voimaharjoittelutauon tai ilman voimaharjoittelutaukoa sisältävällä harjoittelulla adaptaatiot ovat samankaltaiset, kun voimaharjoittelujakson kokonaiskesto on sama. Voimaharjoittelutauolla ei ollut vaikutusta ribosomien määrään. Tulokset myös tukevat aiempia löydöksiä, joiden mukaan ribosomien biogeneesi on yhteydessä lihaskasvuun. Lopuksi, ribosomien biogeneesin merkitys lihaskasvussa vaikuttaisi pienenentyvän voimaharjoittelun edetessä.

The aim of this thesis is to study the effect of resistance training, detraining, and retraining on ribosome biogenesis. This thesis also studies the effect of continuous and intermittent (containing detraining and retraining) resistance training on ribosome biogenesis. Finally, associations between ribosome biogenesis and skeletal muscle hypertrophy with resistance training is also one aim of this thesis.

Ribosome biogenesis refers to an increase in ribosomal content. Ribosomes are the protein synthesis machines of the cells. The increase in ribosomal content has been shown to be associated with skeletal muscle hypertrophy. However, the timeline of ribosome biogenesis with resistance training is still unclear. It is also unclear how continuous resistance training and intermittent training effect ribosome biogenesis. Also, there is conflicting evidence regarding the importance of ribosome biogenesis on skeletal muscle hypertrophy. In this thesis participants (n = 24) performed 20 weeks of resistance training. Continuous training group (n = 13) started with 10 weeks of non-training, after which they did 20 weeks of resistance training. The Tradere group (n = 11) started with 10 weeks of resistance training, did a 10-week detraining period and finished with 10 weeks of retraining. Change in vastus lateralis (VL) cross-sectional area (CSA) was measured with ultrasound every 10 weeks. Muscle biopsies were taken every 10 weeks from VL. RNA was extracted from muscle tissue samples. RNA concentration was determined with a spectrophotometer. Total RNA concentration and estimated absolute RNA by VL CSA were used as a marker for ribosome biogenesis and content.

Total RNA concentration was elevated after 20 weeks of resistance training but not after 10 weeks. Estimated absolute RNA by VL CSA increased after 10 weeks of resistance training but there was no further increase from 10 to 20 weeks of resistance training. There were no significant differences between groups in markers of ribosome biogenesis or skeletal muscle hypertrophy during the resistance training periods. During detraining RNA concentration and estimated absolute RNA by VL CSA did not change, whereas skeletal muscle size decreased. There was a positive correlation between skeletal muscle hypertrophy and estimated absolute RNA by VL CSA after 10 weeks but not after 20 weeks of resistance training.

Results suggest that resistance training induces ribosome biogenesis that stabilizes as resistance training continues. Continuous and intermittent resistance training provide similar training adaptations if the length of the resistance training period is equal. Detraining did not affect ribosomal content. Mechanism and significance are unclear. Results also support earlier findings that ribosome biogenesis may influence skeletal muscle hypertrophy. However, the influence of ribosome biogenesis on skeletal muscle hypertrophy appears to decrease with resistance training over time.