The effects of strength conditioning on skeletal muscle function and mass were determined in older men. Twelve healthy untrained volunteers (age range 60-72 yr) participated in a 12-wk strength training program (8 repetitions/set; 3 sets/day; 3 days/wk) at 80% of the one repetition maximum (1 RM) for extensors and flexors of both knee joints. They were evaluated before the program and after 6 and 12 wk of training. Weekly measurements of 1 RM showed a progressive increase in strength in extensors and flexors. By 12 wk extensor and flexor strength had increased 107.4 (P less than 0.0001) and 226.7% (P less than 0.0001), respectively. Isokinetic peak torque of extensors and flexors measured on a Cybex II dynamometer increased 10.0 and 18.5% (P less than 0.05) at 60 degrees/s and 16.7 and 14.7% (P less than 0.05) at 240 degrees/s. The torque-velocity relationship showed an upward displacement of the curve at the end of training, mainly in the slow-velocity high-torque region. Midthigh composition from computerized tomographic scans showed an increase (P less than 0.01) in total thigh area (4.8%), total muscle area (11.4%), and quadriceps area (9.3%). Biopsies of the vastus lateralis muscle revealed similar increases (P less than 0.001) in type I fiber area (33.5%) and type II fiber area (27.6%). Daily excretion of urinary 3-methyl-L-histidine increased with training (P less than 0.05) by an average 40.8%. Strength gains in older men were associated with significant muscle hypertrophy and an increase in myofibrillar protein turnover.

The present study examines age-related changes in skeletal muscle size and function after 12 yr. Twelve healthy sedentary men were studied in 1985–86 (T1) and nine (initial mean age 65.4 ± 4.2 yr) were reevaluated in 1997–98 (T2). Isokinetic muscle strength of the knee and elbow extensors and flexors showed losses ( P < 0.05) ranging from 20 to 30% at slow and fast angular velocities. Computerized tomography ( n = 7) showed reductions ( P < 0.05) in the cross-sectional area (CSA) of the thigh (12.5%), all thigh muscles (14.7%), quadriceps femoris muscle (16.1%), and flexor muscles (14.9%). Analysis of covariance showed that strength at T1 and changes in CSA were independent predictors of strength at T2. Muscle biopsies taken from vastus lateralis muscles ( n = 6) showed a reduction in percentage of type I fibers (T1 = 60% vs. T2 = 42%) with no change in mean area in either fiber type. The capillary-to-fiber ratio was significantly lower at T2 (1.39 vs. 1.08; P = 0.043). Our observations suggest that a quantitative loss in muscle CSA is a major contributor to the decrease in muscle strength seen with advancing age and, together with muscle strength at T1, accounts for 90% of the variability in strength at T2.

Muscle wasting accompanies aging and pathological conditions ranging from cancer, cachexia, and diabetes to denervation and immobilization. We show that activation of NF-κB, through muscle-specific transgenic expression of activated IκB kinase β (MIKK), causes profound muscle wasting that resembles clinical cachexia. In contrast, no overt phenotype was seen upon muscle-specific inhibition of NF-κB through expression of IκBα superrepressor (MISR). Muscle loss was due to accelerated protein breakdown through ubiquitin-dependent proteolysis. Expression of the E3 ligase MuRF1, a mediator of muscle atrophy, was increased in MIKK mice. Pharmacological or genetic inhibition of the IKKβ/NF-κB/MuRF1 pathway reversed muscle atrophy. Denervation- and tumor-induced muscle loss were substantially reduced and survival rates improved by NF-κB inhibition in MISR mice, consistent with a critical role for NF-κB in the pathology of muscle wasting and establishing it as an important clinical target for the treatment of muscle atrophy.

The isokinetic strength of the elbow and knee extensors and flexors was measured in 200 healthy 45- to 78-yr-old men and women to examine the relationship between muscle strength, age, and body composition. Peak torque was measured at 60 and 240 degrees/s in the knee and at 60 and 180 degrees/s in the elbow by use of a Cybex II isokinetic dynamometer. Fat-free mass (FFM) was estimated by hydrostatic weighing in all subjects, and muscle mass (MM) was determined in 141 subjects from urinary creatinine excretion. FFM and MM were significantly lower (P less than 0.001) in the oldest group. Strength of all muscle groups at both testing speeds was significantly (P less than 0.006) lower (range 15.5–26.7%) in the 65- to 78- than in the 45- to 54-yr-old men and women. When strength was adjusted for FFM or MM, the age-related differences were not significant in all muscle groups except the knee extensors tested at 240 degrees/s. Absolute strength of the women ranged from 42.2 to 62.8% that of men. When strength was expressed per kilogram of MM, these gender differences were smaller and/or not present. These data suggest that MM is a major determinant of the age- and gender-related differences in skeletal muscle strength. Furthermore, this finding is, to a large extent, independent of muscle location (upper vs. lower extremities) and function (extension vs. flexion).

The longitudinal changes in isokinetic strength of knee and elbow extensors and flexors, muscle mass, physical activity, and health were examined in 120 subjects initially 46 to 78 years old. Sixty-eight women and 52 men were reexamined after 9.7 ± 1.1 years. The rates of decline in isokinetic strength averaged 14% per decade for knee extensors and 16% per decade for knee flexors in men and women. Women demonstrated slower rates of decline in elbow extensors and flexors (2% per decade) than men (12% per decade). Older subjects demonstrated a greater rate of decline in strength. In men, longitudinal rates of decline of leg muscle strength were ∼60% greater than estimates from a cross-sectional analysis in the same population. The change in leg strength was directly related to the change in muscle mass in both men and women, and it was inversely related to the change in medication use in men. Physical activity declined yet was not directly associated with strength changes. Although muscle mass changes influenced the magnitude of the strength changes over time, strength declines in spite of muscle mass maintenance or even gain emphasize the need to explore the contribution of other cellular, neural, or metabolic mediators of strength changes.

Estimates of body-composition change in older adults are mostly derived from cross-sectional data. We examined the natural longitudinal patterns of change in fat-free mass (FFM) and fat mass (FM) in older adults and explored the effect of physical activity, weight change, and age on these changes. The body composition measured by hydrodensitometry and the level of sports and recreational activity (SRA) of 53 men and 78 women with a mean (±SD) initial age of 60.7 ± 7.8 y were examined on 2 occasions separated by a mean (±SD) time of 9.4 ± 1.4 y. FFM decreased in men (2.0% per decade) but not in women, whereas FM increased similarly in both sexes (7.5% per decade). Levels of SRA decreased more in men than in women over the follow-up period. Baseline age and level of SRA were inversely and independently associated with changes in FM in women only. Neither age nor level of SRA was associated with changes in FFM in men or women. Weight-stable subjects lost FFM. FFM accounted for 19% of body weight in those who gained weight, even in the presence of decreased levels of SRA. Loss of FFM (33% of body weight) was pronounced in those who lost weight, despite median SRA levels >4184 kJ/wk. On average, FM increased; however, the increase in women was attenuated with advancing age. The decrease in FFM over the follow-up period was small and masked the wide interindividual variation that was dependent on the magnitude of weight change. The contribution of weight stability, modest weight gains, or lifestyle changes that include regular resistance exercise in attenuating lean-tissue loss with age should be explored.

Smoothness is characteristic of coordinated human movements, and stroke patients9 movements seem to grow more smooth with recovery. We used a robotic therapy device to analyze five different measures of movement smoothness in the hemiparetic arm of 31 patients recovering from stroke. Four of the five metrics showed general increases in smoothness for the entire patient population. However, according to the fifth metric, the movements of patients with recent stroke grew less smooth over the course of therapy. This pattern was reproduced in a computer simulation of recovery based on submovement blending, suggesting that progressive blending of submovements underlies stroke recovery.

OBJECTIVES: The purpose of this study was to assess the influence of leg power and leg strength on the physical performance of community‐dwelling mobility‐limited older people. DESIGN: Cross‐sectional analysis of baseline data from a 12‐week randomized controlled exercise‐intervention study. SETTING: Exercise laboratory within the Department of Health Science of an urban university. PARTICIPANTS: Forty‐five community‐dwelling mobility‐limited people (34 women, 11 men), aged 65 to 83. MEASUREMENTS: Health status, depression, cognition, physical activity, and falls efficacy; physiological measures of lower extremity strength and power; and measures of physical performance. RESULTS: Through bivariate analyses, leg power was significantly associated with physical performance as measured by stair‐climb time, chair‐stand time, tandem gait, habitual gait, maximal gait, and the short physical performance battery describing between 12% and 45% of the variance ( R 2 ). Although leg power and leg strength were greatly correlated ( r = .89) in a comparison of bivariate analyses of strength or power with physical performance, leg power modeled up to 8% more of the variance for five of six physical performance measures. Despite limitations in sample size, it appeared that, through quadratic modeling, the influence of leg power on physical performance was curvilinear. Using separate multivariate analyses, partial R 2 values for leg power and leg strength were compared, demonstrating that leg power accounted for 2% to 8% more of the variance with all measures of physical performance. CONCLUSION: Leg power is an important factor influencing the physical performance of mobility‐limited older people. Although related to strength, it is a separate attribute that may exert a greater influence on physical performance. These findings have important implications for clinicians practicing geriatric rehabilitation. J Am Geriatr Soc 50:461–467, 2002.

Fasoli SE, Krebs HI, Stein J, Frontera WR, Hogan N. Effects of robotic therapy on motor impairment and recovery in chronic stroke. Arch Phys Med Rehabil 2003;84:477-82. Objective: To examine whether robotic therapy can reduce motor impairment and enhance recovery of the hemiparetic arm in persons with chronic stroke. Design: Pre-posttest design. Setting: Rehabilitation hospital, outpatient care. Participants: Volunteer sample of 20 persons diagnosed with a single, unilateral stroke within the past 1 to 5 years, with persistent hemiparesis. Interventions: Robotic therapy was provided 3 times weekly for 6 weeks. Subjects able to reach robot targets were randomly assigned to sensorimotor or progressive-resistive robotic therapy groups. Robotic therapy consisted of goal-directed, planar reaching tasks to exercise the hemiparetic shoulder and elbow. Main Outcome Measures: The Modified Ashworth Scale, Fugl-Meyer test of upper-extremity function, Motor Status Scale (MSS) score, and Medical Research Council motor power score. Results: Evaluations by a single blinded therapist revealed statistically significant gains from admission to discharge (P[lt].05) on the Fugl-Meyer test, MSS score, and motor power score. Secondary analyses revealed group differences: the progressive-resistive therapy group experienced nonspecific improvements on wrist and hand MSS scores that were not observed in the sensorimotor group. Conclusions: Robotic therapy may complement other treatment approaches by reducing motor impairment in persons with moderate to severe chronic impairments.

Whole muscle strength and cross-sectional area (WMCSA), and contractile properties of chemically skinned segments from single fibers of the quadriceps were studied in 7 young men (YM, 36.5 ± 3.0 yr), 12 older men (OM, 74.4 ± 5.9 yr), and 12 older women (OW, 72.1 ± 4.3 yr). WMCSA was smaller in OM compared with YM (56.1 ± 10.1 vs. 79.7 ± 13.1 cm 2 ; P = 0.031) and in OW (44.9 ± 7.5; P < 0.003) compared with OM. Age-related, but not sex-related, differences in strength were eliminated after adjusting for WMCSA. Maximal force was measured in 552 type I and 230 type IIA fibers. Fibers from YM (type I = 725 ± 221; type IIA = 792 ± 271 μN) were stronger ( P < 0.001) than fibers from OM (I = 505 ± 179; IIA = 577 ± 262 μN) even after correcting for size. Type IIA fibers were stronger ( P < 0.005) than type I fibers in YM and OM but not in OW (I = 472 ± 154; IIA = 422 ± 97 μN). Sex-related differences in type I and IIA fibers were dependent on fiber size. In conclusion, differences in WMCSA explain age-related differences in strength. An intrinsic defect in contractile proteins could explain weakness in single fibers from OM. Sex-related differences exist at the whole muscle and single fiber levels.