Abstract The COVID‐19 pandemic is an unprecedented health crisis as entire populations have been asked to self‐isolate and live in home‐confinement for several weeks to months, which in itself represents a physiological challenge with significant health risks. This paper describes the impact of sedentarism on the human body at the level of the muscular, cardiovascular, metabolic, endocrine and nervous systems and is based on evidence from several models of inactivity, including bed rest, unilateral limb suspension, and step‐reduction. Data form these studies show that muscle wasting occurs rapidly, being detectable within two days of inactivity. This loss of muscle mass is associated with fibre denervation, neuromuscular junction damage and upregulation of protein breakdown, but is mostly explained by the suppression of muscle protein synthesis. Inactivity also affects glucose homeostasis as just few days of step reduction or bed rest, reduce insulin sensitivity, principally in muscle. Additionally, aerobic capacity is impaired at all levels of the O 2 cascade, from the cardiovascular system, including peripheral circulation, to skeletal muscle oxidative function. Positive energy balance during physical inactivity is associated with fat deposition, associated with systemic inflammation and activation of antioxidant defences, exacerbating muscle loss. Importantly, these deleterious effects of inactivity can be diminished by routine exercise practice, but the exercise dose–response relationship is currently unknown. Nevertheless, low to medium‐intensity high volume resistive exercise, easily implementable in home‐settings, will have positive effects, particularly if combined with a 15–25% reduction in daily energy intake. This combined regimen seems ideal for preserving neuromuscular, metabolic and cardiovascular health.

We investigated architectural, functional and molecular responses of human skeletal muscle to concentric (CON) or eccentric (ECC) resistance training (RT).Twelve young males performed 10 weeks of concentric (CON) or eccentric (ECC) resistance training (RT) (n = 6 CON, 6 ECC). An additional 14 males were recruited to evaluate acute muscle fascicle behaviour and molecular signalling in biopsies collected from vastus lateralis (VL) after 30 min of single bouts of CON or ECC exercise. VL volume was measured by magnetic resonance imaging. Muscle architecture (fascicle length, Lf; pennation angle, PA) was evaluated by ultrasonography. Muscle remodelling signals to CON or ECC loading [MAPK/AKT-mammalian target of rapamycin (mTOR) signalling] and inflammatory pathway (TNFαMurf-1-MAFbx) were evaluated by immunoblotting.Despite the ~1.2-fold greater load of the ECC group, similar increases in muscle volume (+8% CON and +6% ECC) and in maximal voluntary isometric contraction (+9% CON and +11% ECC) were found after RT. However, increases in Lf were greater after ECC than CON (+12 vs. +5%) while increases in PA were greater in CON than ECC (+30 vs. +5%). Distinct architectural adaptations were associated with preferential growth in the distal regions of VL for ECC (+ECC +8% vs. +CON +2) and mid belly for CON (ECC +7 vs. CON +11%). While MAPK activation (p38MAPK, ERK1/2, p90RSK) was specific to ECC, neither mode affected AKT-mTOR or inflammatory signalling 30 min after exercise.Muscle growth with CON and ECC RT occurs with different morphological adaptations reflecting distinct fibre fascicle behaviour and molecular responses.

Muscle thickness (MT) measured by ultrasound has been used to estimate cross-sectional area (measured by CT and MRI) at a single time point. We tested whether MT could be used as a valid marker of MRI determined muscle anatomical cross-sectional area (ACSA) and volume changes following resistance training (RT). Nine healthy, young, male volunteers (24 ± 2 y.o., BMI 24.1 ± 2.8 kg/m2 ) had vastus lateralis (VL) muscle volume (VOL) and ACSAmid (at 50% of femur length, FL) assessed by MRI, and VL MT measured by ultrasound at 50% FL. Measurements were taken at baseline and after 12 weeks of isokinetic RT. Differences between baseline and post-training were assessed by Student's paired t test. The relationships between MRI and ultrasound measurements were tested by Pearson's correlation. After RT, MT increased by 7.5 ± 6.1% (P < .001), ACSAmid by 5.2 ± 5% (P < .001), and VOL by 5.0 ± 6.9% (P < .05) (values: means ± SD). Positive correlations were found, at baseline and 12 weeks, between MT and ACSAmid (r = .82, P < .001 and r = .73, P < .001, respectively), and between MT and VOL (r = .76, P < .001 and r = .73, P < .001, respectively). The % change in MT with training was correlated with % change in ACSAmid (r = .69, P < .01), but not % change in VOL (r = .33, P > .05). These data support evidence that MT is a reliable index of muscle ACSAmid and VOL at a single time point. MT changes following RT are associated with parallel changes in muscle ACSAmid but not with the changes in VOL, highlighting the impact of RT on regional hypertrophy.

Abstract Ultrasound-derived measurements of muscle fascicle length (FL) are often used to infer increases (chronic stretch or training) or decreases (muscle disuse or aging) in serial sarcomere number (SSN). Whether FL adaptations measured via ultrasound can truly approximate SSN adaptations has not been investigated. We casted the right hindlimb of 15 male Sprague-Dawley rats in a dorsiflexed position (i.e., stretched the plantar flexors) for 2 weeks, with the left hindlimb serving as a control. Ultrasound images of the soleus, lateral gastrocnemius (LG), and medial gastrocnemius (MG) were obtained with the ankle at 90° and full dorsiflexion for both hindlimbs pre and post-cast. Following post-cast ultrasound measurements, legs were fixed in formalin with the ankle at 90°, then muscles were dissected, and fascicles were teased out for measurement of sarcomere lengths via laser diffraction and calculation of SSN. Ultrasound detected an 11% increase in soleus FL, a 12% decrease in LG FL, and an 8-11% increase in MG FL for proximal fascicles and at full dorsiflexion. These adaptations were partly reflected by SSN adaptations, with a 6% greater soleus SSN in the casted leg than the un-casted leg, but no SSN differences for the gastrocnemii. Weak relationships were observed between ultrasonographic measurements of FL and measurements of FL and SSN from dissected fascicles. Our results showed that ultrasound-derived FL measurements can overestimate an increase in SSN by ∼5%. Future studies should be cautious when concluding a large magnitude of sarcomerogenesis from ultrasound-derived FL measurements, and may consider applying a correction factor. Key Points Summary Measurements of muscle fascicle length via ultrasound are often used to infer changes in serial sarcomere number, such as increases following chronic stretch or resistance training, and decreases with aging or muscle disuse The present study used a rat model of casting the plantar flexor muscles in a stretched position to investigate directly whether ultrasound-derived fascicle length can accurately detect adaptations in serial sarcomere number Ultrasound detected an ∼11% increase in soleus fascicle length, but measurements on dissected fascicles showed the actual increase in serial sarcomere number was only ∼6%; therefore, measurements of ultrasound-derived fascicle length can overestimate serial sarcomere number adaptations by as much as 5%

ABSTRACT Objective Existing literature indicates that females generally demonstrate higher fatigue resistance than males during isometric contractions. However, when it comes to single-limb dynamic exercises, the intricate interplay between performance fatigability (PF), cardiovascular responses, and muscle metabolism in relation to sex differences remains underexplored. Purpose This study investigates how sex affects the relationship between muscle oxidative characteristics and the development of PF during dynamic single-leg exercise. Methods Twenty-four young healthy participants (12 males vs. 12 females) performed a constant-load single-leg knee extension task (85% peak power output; 60 rpm) to exhaustion (TTE). Neuromuscular assessments via transcranial magnetic and peripheral stimulations were conducted pre- and post-exercise to evaluate central and peripheral factors of PF. Vastus lateralis muscle biopsies were obtained for mitochondrial respiration and immunohistochemistry analyses. Results Participants performed similar total work (28 ± 7 vs . 27 ± 14 kJ, p = 0.81) and TTE (371 ± 139 vs. 377 ± 158 sec, p = 0.98); after the TTE, females’ maximal isometric voluntary contraction (MVIC: -36 ± 13 vs. -24 ± 9 %, p = 0.006) and resting twitch (RT: (-65 ± 9 vs . -40 ± 24 %, p = 0.004) force declined less. No differences were observed in supraspinal neuromuscular factors ( p > 0.05). During exercise, the cardiovascular responses differed between sexes. Although fiber type composition was similar (type I: 47 ± 13 vs. 56 ± 14 %, p = 0.11), males had lower mitochondrial net oxidative capacity (61 ± 30 vs. 89 ± 37, p = 0.049) and higher Complex II contribution to maximal respiration (CII; 59 ± 8 vs. 48 ± 6%, p < 0.001), which correlated with the decline in MVIC ( r = -0.74, p < 0.001) and RT ( r = -0.60, p = 0.002). Conclusions Females display greater resistance to PF during dynamic contractions, likely due to their superior mitochondrial efficiency and lower dependence on mitochondrial CII activity.

ABSTACT Aim As the excitation-contraction coupling is inseparable during voluntary exercise, the relative contribution of the mechanical and neural input is poorly understood. Herein, we use a rat in-vivo strength training setup with an electrically induced standardized excitation pattern previously shown to lead to a load-dependent increase in myonuclear number and hypertrophy, to study acute effects of load per se on molecular signalling. Methods Anaesthetized rats were subjected to unliteral identical electrically-paced contractions of the TA and EDL muscles under a high or low load for a duration of 2, 10 or 28-minutes. Muscle soluble proteins were extracted, and abundance and specific phosphorylations of FAK, mTOR, p70S6K and JNK were measured. Effects of exercise, load, muscle and exercise duration were assessed. Results Specific phosphorylation of S2448-mTOR, T421/S424-p70S6K and T183/Y185-JNK was increased after 28-minutes of exercise under the high- and low-load protocol. Elevated phosphorylation of mTOR and JNK was detectable already after 2 and 10 minutes of exercise, respectively, but greatest after 28-minutes of exercise. T183/Y185-JNK and S2448-mTOR demonstrated a load-dependent increase in phosphorylation in the exercised muscles that for mTOR depended on muscle type. The abundance of all four kinases was higher in TA compared to EDL muscle. FAK and JNK abundance was reduced after 28 minutes of exercise in both the exercised and control muscle. Conclusion The current study shows that JNK and mTOR activation is load-driven, and together with muscle-type specific mTOR and p70S6K effects it may drive muscle-type specific exercise and load-responses.

Abstract Background Degeneration of the motoneuron and neuromuscular junction (NMJ) and loss of motor units (MUs) contribute to age‐related muscle wasting and weakness associated with sarcopenia. However, these features have not been comprehensively investigated in humans. This study aimed to compare neuromuscular system integrity and function at different stages of sarcopenia, with a particular focus on NMJ stability and MU properties. Methods We recruited 42 young individuals (Y) (aged 25.98 ± 4.6 years; 57% females) and 88 older individuals (aged 75.9 ± 4.7 years; 55% females). The older group underwent a sarcopenia screening according to the revised guidelines of the European Working Group on Sarcopenia in Older People 2. In all groups, knee extensor muscle force was evaluated by isometric dynamometry, muscle morphology by ultrasound and MU potential properties by intramuscular electromyography (iEMG). MU number estimate (iMUNE) and blood samples were obtained. Muscle biopsies were collected in a subgroup of 16 Y and 52 older participants. Results Thirty‐nine older individuals were non‐sarcopenic (NS), 31 pre‐sarcopenic (PS) and 18 sarcopenic (S). A gradual decrease in quadriceps force, cross‐sectional area and appendicular lean mass was observed across the different stages of sarcopenia (for all P < 0.0001). Handgrip force and the Short Physical Performance Battery score also showed a diminishing trend. iEMG analyses revealed elevated near fibre segment jitter in NS, PS and S compared with Y (Y vs. NS and S: P < 0.0001; Y vs. PS: P = 0.0169), suggestive of age‐related impaired NMJ transmission. Increased C‐terminal agrin fragment ( P < 0.0001) and altered caveolin 3 protein expression were consistent with age‐related NMJ instability in all the older groups. The iMUNE was lower in all older groups ( P < 0.0001), confirming age‐related loss of MUs. An age‐related increase in MU potential complexity was also observed. These observations were accompanied by increased muscle denervation and axonal damage, evinced by the increase in neural cell adhesion molecule‐positive fibres (Y vs. NS: P < 0.0001; Y vs. S: P = 0.02) and the increase in serum concentration of neurofilament light chain ( P < 0.0001), respectively. Notably, most of these MU and NMJ parameters did not differ when comparing older individuals with or without sarcopenia. Conclusions Alterations in MU properties, axonal damage, an altered innervation profile and NMJ instability are prominent features of the ageing of the neuromuscular system. These neuromuscular alterations are accompanied by muscle wasting and weakness; however, they appear to precede clinically diagnosed sarcopenia, as they are already detectable in older NS individuals.

Abstract Increased serial sarcomere number (SSN) has been observed in rats via downhill running training due to the emphasis on active lengthening contractions; however, little is known about the influence on dynamic contractile function. Therefore, we employed 4 weeks of weighted downhill running training in rats, then assessed soleus SSN and work loop performance. We hypothesized trained rats would produce greater net work output during faster, higher-strain work loops due to a greater SSN. Thirty-one Sprague-Dawley rats were assigned to a control or training group. Weight was added during downhill running via a custom-made vest, progressing from 5-15% body mass. Following sacrifice, the soleus was dissected, and a force-length relationship was constructed. Work loops (active shortening followed by passive lengthening) were then performed about optimal muscle length (L O ) at 1.5-3-Hz cycle frequencies and 1-7-mm strains to assess net work output. Muscles were then fixed in formalin at L O . Fascicle lengths and sarcomere lengths were measured and used to calculate SSN. Intramuscular collagen content and crosslinking were quantified via a hydroxyproline content and pepsin-solubility assay. Trained rats had longer fascicle lengths (+13%), greater SSN (+8%), greater specific active forces (+50%), and lower passive forces (–45-62%) than controls (P<0.05). There were no differences in collagen parameters (P>0.05). Net work output was greater (+101-424%) in trained than control rats for the 1.5-Hz loops at 1, 3, and 5-mm strains ( P <0.05) and showed relationships with fascicle length (R 2 =0.14-0.24, P <0.05). These results suggest training-induced longitudinal muscle growth may improve dynamic performance.

Abstract Purpose Eccentric exercise is widely used to increase muscle fascicle lengths and thus decrease the risk of muscle strain injuries. However, the mechanisms behind this protection are still unknown. The aim of this study was to determine whether Biceps femoris long head (BFlh) fascicle length increases in response to three weeks of eccentric exercise training are the result of addition of in-series sarcomeres within muscle fibres. Methods Ten recreationally active participants (age: 27 ± 3 years, mass: 70 ± 14 kg, height: 174 ± 9 cm) completed three weeks of Nordic hamstring exercise (NHE) training. We collected in vivo sarcomere and muscle fascicle images of the BFlh in two regions (central and distal), utilising microendoscopy and 3D ultrasonography. These images allowed us to estimate sarcomere length, sarcomere number and fascicle lengths before and after the training intervention. Results Eccentric knee flexion strength increased after the training (15%, P < 0.001, η p 2 = 0.75). Further, we found a significant increase in fascicle (21%, P < 0.001, η p 2 = 0.81) and sarcomere (17%, P < 0.001, η p 2 = 0.9) lengths in the distal but not in the central portion of the muscle. The estimated number of in series sarcomeres did not change in either region. Conclusion Fascicle length adaptations appear to be heterogeneous in the BFlf in response to three weeks of NHE training. An increase in sarcomere length, rather than the addition of sarcomeres in series, appears to be underlying this adaptation. The mechanism driving regional increases in fascicle and sarcomere length remain unknown, but we speculate it may be driven by regional changes in the passive tension of muscle or connective tissue adaptations.

Competitive alpine skiing requires a high level of physical fitness to perform sport-specific manoeuvres and to minimise the risk of injury. The aim of this study was to establish reference values for the maximal anatomical cross-sectional area (ACSA max ) of the individual hamstrings (HAM) and quadriceps (QUAD) muscles as well as for the maximal voluntary torque (MVT) during knee flexion (KF) and knee extension (KE) of female and male elite competitive alpine skiers. Ultrasound and dynamometer data were obtained from a largely overlapping but not identical dataset. The ultrasound data were collected from 33 elite alpine skiers (20 women and 13 men), and the dynamometer data were collected from 35 elite alpine skiers (20 women and 15 men). Compared with female skiers, male skiers presented a significantly greater ACSA max in the biceps femoris short head (BFsh), biceps femoris long head (BFlh), and semitendinosus (ST) muscles, as well as in the entire HAM muscle group. The ACSA max of the semimembranosus (SM) did not differ significantly between the two sexes. Compared with female skiers, male skiers presented significantly greater ACSA max values in the vastus lateralis (VL), rectus femoris (RF), vastus medialis (VM) and entire QUAD muscle groups. At VI, there was no significant difference in the ACSA max between the two sexes. Compared with male skiers, female skiers had a significantly greater proportional SM ACSA max . In terms of MVT, male skiers presented greater absolute and relative values than females did. There were no differences in the MVT/ACSA max between the sexes. Neither the HAM/QUAD ACSA max ratio nor the KF/KE MVT ratio differed between the sexes. The present study provides normative values for the muscle size and strength of the HAM and QUAD muscles of elite competitive alpine skiers. These values can be used as benchmarks for youth alpine skiers striving for the elite level. An interesting finding of the present study was that female skiers had a greater proportional ACSA max of the SM, as this may be relevant in anterior cruciate ligament injury prevention given the function of tibia internal rotation.