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High-intensity aerobic interval training increases fat and carbohydrate metabolic capacities in human skeletal muscle

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Abstract:

High-intensity aerobic interval training (HIIT) is a compromise between time-consuming moderate-intensity training and sprint-interval training requiring all-out efforts. However, there are few data regarding the ability of HIIT to increase the capacities of fat and carbohydrate oxidation in skeletal muscle. Using untrained recreationally active individuals, we investigated skeletal muscle and whole-body metabolic adaptations that occurred following 6 weeks of HIIT (~1 h of 10 × 4 min intervals at ~90% of peak oxygen consumption (VO2 peak), separated by 2 min rest, 3 d·week-1). A VO2 peak test, a test to exhaustion (TE) at 90% of pre-training VO2 peak, and a 1 h cycle at 60% of pre-training VO2 peak were performed pre- and post-HIIT. Muscle biopsies were sampled during the TE at rest, after 5 min, and at exhaustion. Training power output increased by 21%, and VO2 peak increased by 9% following HIIT. Muscle adaptations at rest included the following: (i) increased cytochrome c oxidase IV content (18%) and maximal activities of the mitochondrial enzymes citrate synthase (26%), β-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (29%), aspartate-amino transferase (26%), and pyruvate dehydrogenase (PDH; 21%); (ii) increased FAT/CD36, FABPpm, GLUT 4, and MCT 1 and 4 transport proteins (14%-30%); and (iii) increased glycogen content (59%). Major adaptations during exercise included the following: (i) reduced glycogenolysis, lactate accumulation, and substrate phosphorylation (0-5 min of TE); (ii) unchanged PDH activation (carbohydrate oxidation; 0-5 min of TE); (iii) ~2-fold greater time during the TE; and (iv) increased fat oxidation at 60% of pre-training VO2 peak. This study demonstrated that 18 h of repeated high-intensity exercise sessions over 6 weeks (3 d·week-1) is a powerful method to increase whole-body and skeletal muscle capacities to oxidize fat and carbohydrate in previously untrained individuals.

L’entraînement aérobie par intervalles de haute intensité (HIIT) constitue un compromis entre l’entraînement d’intensité modérée et l’entraînement par intervalles au sprint qui demande des efforts maximaux. Il y a cependant peu d’études concernant l’efficacité de l’HIIT pour améliorer l’oxydation des sucres et des graisses dans le muscle squelettique. Nous analysons les adaptations métaboliques du muscle et de l’organisme chez des sujets sédentaires qui se sont entraînés durant 6 semaines selon les modalités suivantes : 10 efforts d’une durée de 4 min à une intensité sollicitant ~90 % du consommation d’oxygene de pointe intercalés de périodes de repos d’une durée de 2 min pour une durée totale de 60 min à raison de 3 jours par semaine. Avant et après ce programme d’entraînement, les sujets participent à une épreuve d’évaluation du consommation d’oxygene de pointe, à un effort jusqu’à l’épuisement (TE) à une intensité correspondant à 90 % du consommation d’oxygene de pointe déterminé au début du programme d’entraînement et à une séance d’exercice sur un vélo réalisée à une intensité équivalent à 60 % du consommation d’oxygene de pointe déterminé au début du programme d’entraînement. On prélève des biopsies musculaires avant le TE, 5 min après le début du TE et au moment de l’épuisement. Au cours du programme d’entraînement, la puissance à l’effort augmente de 21 % et le consommation d’oxygene de pointe, de 9 %. Au repos, les adaptations du muscle sont : (i) augmentation de 18 % du contenu en cytochrome c oxydase IV et des activités maximales des enzymes mitochondriales (citrate synthase, 26 %, β-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase, 29 %, aspartate aminotransférase, 26 % et pyruvate déshydrogénase (PDH), 21 %), (ii) augmentation de 14 à 30 % de FAT/CD36, de FABPpm, du GLUT 4 et des transporteurs protéiques MCT 1 et 4 et (iii) augmentation de 59 % du contenu de glycogène. Au cours de l’effort, les principales adaptations sont : (i) diminution de la glycogénolyse, de l’accumulation de lactate et de la phosphorylation de substrats durant les 5 premières minutes de TE, (ii) pas de modification de l’activation de la PDH (oxydation des sucres) durant les 5 premières minutes de TE, (iii) amélioration de près de 2 fois du temps de performance jusqu’à l’épuisement et (iv) augmentation de l’oxydation des graisses au cours de l’effort réalisé à une intensité correspondant à 60 % du consommation d’oxygene de pointe déterminé avant le début du programme d’entraînement. D’après ces observations, un programme d’entraînement par intervalles de forte intensité d’une durée de 18 h sur une période de 6 semaines à raison de 3 jours par semaine constitue une méthode très rentable pour améliorer les capacités organiques et musculaires d’oxydation des sucres et des graisses chez des individus préalablement sédentaires.

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2008

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  • This bimonthly journal has a 30-year history of publishing, first as the Canadian Journal of Sport Sciences, and later as the Canadian Journal of Applied Physiology. It publishes original research articles, reviews, and commentaries, focussing on the application of physiology, nutrition, and metabolism to the study of human health, physical activity, and fitness. The published research, reviews, and symposia will be of interest to exercise physiologists, physical fitness and exercise rehabilitation specialists, public health and health care professionals, as well as basic and applied physiologists, nutritionists, and biochemists.
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