English Title: Effects of an intensive bout of strength training on satellite cells: a stimulus for enhanced satellite cell activation and differentiation after eccentric overload training?

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Abstract

Satellitenzellen (SZ) spielen eine essenzielle Rolle bei muskulären Adaptationsvorgängen an verschiedene Formen von (Kraft-)Training. Es wurde gezeigt, dass nach einem einzelnen intensiven exzentrischen Krafttrainingsreiz eine SZ Aktivierung und, nach elektrostimuliertem Training, auch eine SZ Ausdifferenzierung induziert werden konnte. Ziel dieser Studie war es herauszufinden, ob ein einzelner konzentrisch/ exzentrischer Krafttrainingsreiz mit einer muskelschädigenden exzentrischen Überlast (CON/ECC+) einen suffizienten Stimulus für eine SZ Aktivierung, Proliferation und Ausdifferenzierung darstellt. Methodik: Es wurden Muskelbiopsien aus dem M. vastus lateralis männlicher Freizeitsportler vor und am kontralateralen Bein sieben Tage nach einem einmaligen herkömmlichen (konzentrisch/exzentrisch) Trainingsreiz (CON/ECC, n = 15) oder nach CON/ECC+ (n = 15) der Beinstrecker sowie bei einer nicht-trainierenden Kontrollgruppe (KG, n = 10) entnommen. Die Gesamtzahl an SZ (Pax7+), aktivierte SZ (Pax7+/MyoD+) und ausdifferenzierende SZ (Myogenin+), sowie die Fasertypverteilung und Muskelfasern, die neonatales Myosin exprimieren (MHCneo) wurden mittels Immunhistochemie bestimmt. Die Creatinkinase (CK) und Myoglobin wurden anhand venöser Blutabnahmen bestimmt. Isokinetische Krafttests wurden zur Ermittlung der dynamischen Maximalkraft wiederholt durchgeführt. Ergebnisse: Anstiege der CK- und Myoglobin-Werte (P = .001) deuteten auf muskuläre Schädigungen hin, während die Maximalkraftleistung nicht beeinträchtigt war. Nur nach CON/ECC+ kam es zu einem Anstieg der Gesamtzahl an SZ (P = .019) und den SZ, die den Typ-II Muskelfasern zugeordnet werden konnten (P = .011). Ein Anstieg des Anteils der aktivierten SZ war nur nach dem CON/ECC+ Trainingsreiz zu finden (P = .003). Dieser Anstieg unterschied sich zu den Änderungen der aktivierten SZ nach CON/ECC oder in der KG (P < .05). Der Anteil an ausdifferenzierenden SZ sowie der der neonatalen Muskelfasern blieben unverändert. Diskussion: Eine exzentrische Überlast während eines einmaligen Beinstreckertrainings induzierte eine Aktivierung der SZ sowie einen Anstieg der Gesamtzahl an SZ und den SZ, die den schnellen Typ-II Muskelfasern zugeordnet werden können. Es gab jedoch keine Hinweise für eine erhöhte SZ Ausdifferenzierung oder einer Bildung neuer Muskelfasern.

Translation of abstract (English)

Satellite cells (SC) are of importance for muscular adaptation to various forms of exercise. A single bout of high-force eccentric exercise has been shown to induce SC activation and, for electrically stimulated exercise, SC differentiation. Purpose: This study aimed to assess if one bout of concentric/eccentric exercise with damaging eccentric overload (CON/ECC+) provides a sufficient stimulus to induce SC activation, proliferation, and differentiation. Methods: Biopsies from the vastus lateralis muscle of recreationally active men were obtained in the rested condition and again from the contralateral leg 7 d after exhaustive concentric/eccentric (CON/ECC) (n = 15) or CON/ECC+ (n = 15) leg extension exercise and in a nonexercising control group (CG) (n = 10). Total SC number (Pax7+), activated (Pax7+/MyoD+), and differentiating (myogenin+) SCs, fiber type distribution, and myofibers expressing neonatal myosin heavy chain (MHCneo) were determined immunohistochemically. Creatine kinase and myoglobin were measured in venous blood. Isokinetic strength tests were repeatedly conducted. Results: Increases in creatine kinase and myoglobin (P = .001) indicated myofiber damage, whereas maximal strength was not impaired. Only after CON/ECC+, SC content (P = .019) and SC related to type II fibers (P = .011) were increased. An increase in the proportion of activated SCs occurred after CON/ECC+ only (P = .003), the increase being different from the changes after CON/ECC and in CG (P < .05). The number of differentiating SC and MHCneo remained unchanged. Conclusions: Eccentric overload during leg extension exercise induced significant SC activation, increases in SC content and in SC number related to type II myofibers. However, there were no signs of increased SC differentiation or formation of new myofibers.