Age-Related Changes in Muscle Fatigue Resistance in Humans

K. Ming Chan, Asim J. Raja, Fay J. Strohschein, Katherine Lechelt

Abstract: Objective: The goal of this study was to compare the relative contributions from the muscle and the central nervous system to muscle fatigue resistance in aging. Methods: Each subject carried out 90 s of sustained maximal voluntary isometric contraction (MVC) of the thumb using the thenar and forearm thumb muscles. Contractile capacity of the thenar muscles was assessed through tetanic stimulation of the median nerve. Interpolated doublets delivered during an MVC represented the overall voluntary activation level while transcranial cortical stimulation with an electromagnetic stimulator was used to assess motor output upstream from the corticomotoneuronal pathway. Results: Nine elderly subjects [four females and five males, 70±9 years old (mean±SD)] and 10 younger subjects (five females and five males, 30±6 years old) were tested. After the fatiguing exercise, the elderly group's MVC declined by 29% as opposed to 47% in the younger group (p<0.01). The elderly group's greater fatigue resistance was accounted for by increased fatigue resistance at the muscle level as well as in the central nervous system. At least some of the decline in the central motor drive was upstream from the corticomotoneuronal pathway. Conclusion: The higher muscle fatigue resistance in the elderly group was attributable to differences in both the peripheral and central nervous systems.

Résumé: Changements dans la résistance à la fatigue musculaire associés au vieillissement chez l'humain. Objectif: Le but de cette étude était de comparer les contributions relatives du muscle et du système nerveux central à la résistance à la fatigue associée au vieillissement. Méthodes: Chaque sujet a effectué 90 s de contractions isométriques volontaires maximum soutenues (CVM) du pouce en utilisant les muscles de l'éminence thénar et de l'avant-bras. La capacité contractile des muscles de l'éminence thénar a été évaluée au moyen d'une stimulation tétanique du nerf médian. Des doublets interpolés délivrés pendant une CVM représentaient le niveau d'activation volontaire général alors que la stimulation corticale transcrânienne par un stimulateur électromagnétique a été utilisé pour évaluer le débit moteur en amont de la voir corticomotoneuronale. Résultats: Neuf sujets âgés {quatre femmes et cinq hommes, âge moyen 70 ± 9 ans (moyenne ± DS)} et 10 sujets plus jeunes (cinq femmes et cinq hommes, âge moyen 30 ± 6 ans) ont été évalués. Après l'exercice induisant la fatigue, la CVM du groupe âgé a diminué de seulement 29% comparé à 47% dans le groupe plus jeune (p<0.01). La plus grande résistance à la fatigue du groupe âgé s'explique par une augmentation de la résistance à la fatigue au niveau musculaire ainsi que dans le système nerveux central. Au moins une partie du déclin de l'activité motrice centrale était en amont de la voie corticomotoneuronale. Conclusion: La plus grande résistance à la fatigue musculaire dans le groupe âgé était attribuable à des différences tant dans le système nerveux périphérique que dans le système nerveux central.

Can. J. Neurol. Sci. 2000; 27: 220-228