Effects of exercise and muscle remodeling on the concentration of serum biomarkers of the neuromuscular junction in young people

Abstract

[eng] When the muscle is subjected to intense or unaccustomed exercise, particularly under eccentric contractions, an initial mechanical disruption occurs, triggering a process known as exercise-induced muscle damage (EIMD). This event is characterized by a transient reduction in muscle function and an increase in muscle-derived proteins concentration in the bloodstream. This thesis introduces, for the first time, the investigation of various neuromuscular status biomarkers following EIMD and during the subsequent remodeling process in healthy young adults. For this purpose, EIMD in the lower limbs was evaluated following several high-intensity exercise protocols, combining well-established biomarkers reported in the literature with novel indicators of synaptic function. The primary marker examined was the C-terminal agrin fragment (CAF), which serves as a biomarker of neuromuscular weakness at the level of motor innervation. Furthermore, the assessment of neurotrophic factors, considered indicators of reinnervation potential, will be incorporated into one of the experimental protocols. The present investigation comprises three independent studies, each aiming to characterize the secondary phase of EIMD over a 72-hour post-exercise period. Functional and biochemical markers were assessed in parallel with indicators of neuromuscular transmission. All protocols targeted lower-limb muscle function, with a specific focus on the hamstrings, muscle groups particularly susceptible to damage under conditions of accumulated fatigue and high-intensity effort. Study I investigated the acute response and subsequent remodeling following a competitive soccer match. Twenty amateur players were assessed over a 90-minute game, with multiple biochemical and neuromuscular markers evaluated pre-exercise and during the 72-hour recovery period. The findings revealed moderate muscle damage, with incomplete recovery at 72 hours. Notably, neuromuscular assessments indicated alterations in synaptic transmission persisting several days post-match. Study II explored the effects of a high-intensity interval sprint protocol (10 × 40 m) targeting the lower limbs in 30 healthy young adults (16 males, 14 females). Biochemical and functional markers were monitored over the following days and compared with baseline. Results showed mild muscle damage, with biochemical markers recovering within 48–72 hours; however, lower limb strength remained impaired at 72 hours. Neuromuscular function exhibited a declining trend, suggesting transient synaptic dysfunction. Study III examined the response to an isolated hamstring protocol using a conical pulley device. Thirty healthy participants (15 males, 15 females) completed 5 sets of 10 maximal-effort repetitions of the Russian belt deadlift. Post-exercise assessments revealed moderate muscle damage, characterized by significant elevations in biochemical markers and persistent deficits in muscle function at 72 hours. Unlike the previous protocols, neuromuscular indicators showed no notable changes in synaptic function. A sex-comparative analysis in Studies II and III revealed sex-based differences, with females exhibiting lower susceptibility to exercise-induced muscle damage (EIMD), as evidenced by attenuated biochemical responses and comparable reductions in muscle function relative to males.

[spa] Cuando el músculo es sometido a esfuerzos intensos o poco habituales, especialmente bajo contracciones excéntricas, se produce una alteración mecánica inicial que da lugar a un proceso agudo conocido como daño muscular inducido por el ejercicio (EIMD, siglas en ingles). Este EIMD se manifiesta, en una segunda fase, por una disminución transitoria de la función muscular y un incremento en la concentración de proteínas musculares en sangre. Esta tesis introduce, por primera vez, la investigación de varios biomarcadores del estado neuromuscular tras un EIMD y durante el proceso de remodelación posterior en adultos jóvenes sanos. Con el objetivo de evaluar el daño muscular inducido por el ejercicio (EIMD) en las extremidades inferiores, se llevaron a cabo diversos protocolos de ejercicio de alta intensidad. Para ello, se empleó una combinación de biomarcadores tradicionalmente descritos en la literatura con nuevos indicadores relacionados con la función sináptica. El principal marcador analizado fue el fragmento C-terminal de agrina (CAF), reconocido como un biomarcador de debilidad muscular asociada a la inervación motora. Además, en uno de los protocolos implementados se incluyó la medición de factores neurotróficos, considerados indicadores del potencial de reinervación neuromuscular. La presente investigación está conformada por 3 estudios independientes. Cada estudio trata de describir la segunda fase de EIMD durante los 3 días siguientes al ejercicio, tanto a nivel funcional como bioquímico, incorporando el análisis de los marcadores de unión neuromuscular. Los diferentes protocolos se centran en la función muscular de las extremidades inferiores, concretamente en la funcionalidad de los isquiotibiales, una musculatura vulnerable en condiciones de fatiga acumulada combinada con esfuerzos intensos. El primer estudio (Estudio I) examinó la respuesta aguda y el proceso de remodelación tras un partido de futbol. Se analizó la respuesta de 20 jugadores amateurs tras un partido completo de 90 minutos. Varios parámetros bioquímicos y funcionales fueron registrados los días siguientes al ejercicio y posteriormente comparados con las mediciones previas al ejercicio. Los resultados revelaron un daño muscular moderado, con una recuperación incompleta a las 72 horas. Los parámetros de estado neuromuscular mostraron cambios en la función de la unión sináptica los días posteriores al ejercicio. El segundo estudio (Estudio II), exploró los efectos de un protocolo de sprint interválicos de alta intensidad, un protocolo focalizado en la activación de la musculatura del tren inferior. Se analizó la respuesta de 30 jóvenes sanos (16 hombres y 14 mujeres) tras 10 sprints de 40m. Se controlaron los marcadores bioquímicos y funcionales durante los días siguientes y se compararon con los valores iniciales. Los resultados mostraron un daño muscular leve, con alteración de los indicadores bioquímicos recuperados entre las 48-72h. sin embargo la fuerza de las EEII seguía deteriorada a las 72h tras la sesión de sprints. Los parámetros de estado neuromuscular mostraron una tendencia a su reducción los días posteriores al ejercicio, sugiriendo cambios transitorios en la función de la unión neuromuscular. El tercer estudio (Estudio III), examinó la respuesta aguda y el proceso de remodelación tras un ejercicio analítico de isquiotibiales con polea cónica. Se analizó la respuesta de 30 jóvenes sanos (15 hombres y 15 mujeres) tras 5 series de 10 repeticiones máximas de peso muerto con cinturón ruso. La evaluación de los diferentes parámetros bioquímicos y funcionales los días posteriores al ejercicio, revelaron la presencia de un daño moderado, con incrementos significativos de los indicadores bioquímicos y una reducción de la función muscular no recuperados a las 72h tras el ejercicio. A diferencia de los protocolos anteriores, los indicadores neuromusculares no mostraron cambios en la función de la unión sináptica los días posteriores al ejercicio. Los estudios II y III además se analizó la respuesta entre sexos, mostrando una menor susceptibilidad al EIMD en las mujeres con un menor incremento en los parámetros bioquímicos y una repuesta similar en la reducción porcentual de la función muscular.

[cat] Quan el múscul queda sotmès a esforços intensos o poc habituals, especialment sota el règim de contraccions excèntriques, es produeix una alteració mecànica que dona lloc a un procés agut, conegut com a dany muscular induït per l’exercici (EIMD, segle en anglès). Aquest EIMD es manifesta per una disminució transitòria de la funció muscular y un increment en la concentració de proteïnes musculars al torrent sanguini. Aquesta tesis introdueix, per primer cop, la investigació de diversos biomarcador de l’estat neuromuscular després d’un EIMD y durant el procés posterior de remodelació en adults joves saludables. Amb l’objectiu d’avaluar el EIMD de les extremitats inferiors (EEII), es varen dur a terme diversos protocols d’exercici d’alta intensitat. Per fer-ho, es va combinar l’estudi de diferents biomarcadors tradicionalment descrits en la literatura amb nous indicadors relacionats amb la funció sinàptica. El principal marcador analitzat va ser el fragment C-terminal d'agrina (CAF), reconegut com a biomarcador de debilitat muscular associada a la innervació motora. A més, en un dels protocols implementats es va incloure la mesura de factors neurotròfics, considerats indicadors del potencial de reinnervació neuromuscular. Aquesta investigació està conformada per 3 estudis independents. Cada estudi tracta de descriure la segona fase d'EIMD durant els 3 dies següents a l'exercici, tant a nivell funcional com bioquímic, incorporant l'anàlisi dels marcadors d'unió neuromuscular. Els diferents protocols focalitzen l’estudi en la funció muscular de les extremitats inferiors, concretament a la funcionalitat dels isquiotibials, una musculatura vulnerable en condicions de fatiga acumulada combinada amb esforços intensos. El primer estudi (Estudi I) va examinar la resposta aguda i el procés de remodelació després d'un partit de futbol. Es va analitzar la resposta de 20 jugadors amateurs després d'un partit complet de 90 minuts. Diversos paràmetres bioquímics i funcionals varen ser registrats els dies següents a l'exercici i posteriorment comparats amb les mesures prèvies a l'exercici. Els resultats van revelar un dany muscular moderat, amb una recuperació incompleta a les 72 hores. Els paràmetres neuromusculars van mostrar canvis en la funció de la unió sinàptica els dies posteriors a l'exercici. El segon estudi (Estudi II) va explorar els efectes d'un protocol d'esprint intervàlics d'alta intensitat, un protocol focalitzat en l'activació de la musculatura del tren inferior. Es va analitzar la resposta de 30 joves sans (16 homes i 14 dones) després de 10 sprints de 40m. Es van controlar els marcadors bioquímics i funcionals durant els dies següents i es van comparar amb els valors inicials. Els resultats van mostrar un dany muscular lleu, amb una alteració dels indicadors bioquímics recuperats entre les 48-72h. No obstant, la força de les EEII seguia deteriorada a les 72h després de la sessió de sprints. Els paràmetres d'estat neuromuscular van mostrar una tendència a reduir-se els dies posteriors a l'exercici, suggerint canvis transitoris en la funció de la unió neuromuscular. El tercer estudi (Estudi III), va examinar la resposta aguda i el procés de remodelació després d'un exercici analític d'isquiotibials amb politja cònica. Es va analitzar la resposta de 30 joves sans (15 homes i 15 dones) després de 5 sèries de 10 repeticions màximes de pes mort amb cinturó rus. L'avaluació dels diferents paràmetres bioquímics i funcionals els dies posteriors a l'exercici va revelar la presència d'un dany moderat, amb increments significatius dels indicadors bioquímics i una reducció de la funció muscular no recuperats a les 72h després de l'exercici. A diferència dels protocols anteriors, els indicadors neuromusculars no van mostrar canvis a la funció de la unió sinàptica els dies posteriors a l'exercici. Els estudis II i III a més, es va analitzar la resposta entre sexes, mostrant una menor susceptibilitat a l'EIMD en les dones amb un increment més baix en els paràmetres bioquímics i una resposta similar en la reducció percentual de la funció muscular.