Effect of fatigue on explosive strength and muscle architecture of the vastus lateralis / Efecto de la fatiga sobre la fuerza explosiva y la arquitectura muscular del vasto lateral / Efeito da fadiga na força explosiva e arquitetura muscular do vasto lateral

ABSTRACT Introduction: There has been little research on changes in rate of torque development (RTD) and muscle architecture. This study evaluated the effect of fatigue on RTD and muscle architecture of the vastus lateralis (VL). Methods: Seventeen volunteers (25.5 ± 6.2 years; 177.2 ± 12.9 cm; 76.4 ± 13.1 kg) underwent isokinetic knee extension assessment at 30°/s to obtain the peak torque (PT-ISK), before and after a set of intermittent maximal voluntary isometric contractions (MVIC) (15 reps - 3 s contraction, 3 s rest) used to promote muscle fatigue, monitored by the median frequency (MDF) of the electromyography from the VL, rectus femoris and vastus medialis muscles. Before and after the fatigue protocol, ultrasound images of the VL were obtained to measure muscle thickness (MT), fascicle length (FL), and fascicle angle (FA). The peak isometric torque (PT-ISM) and the RTDs in 50 ms windows were calculated for each MVIC. The RTDs were reported as absolute values and normalized by the PT-ISM. Results: Fatigue was confirmed due to significant reductions in MDF in all three muscles. After the fatigue protocol, the PT-ISK was reduced from 239.0±47.91 to 177.3±34.96 Nm, and the PT-MVIC was reduced from 269.5±45.63 to 220.49±46.94 Nm. All the RTD absolute values presented significant change after the fatigue protocol. However, the normalized RTD did not demonstrate any significant differences. No significant differences were found in the muscle architecture of the VL. Conclusions: The reduction in explosive strength occurred concomitantly with the reduction in maximum strength, as evidenced by the lack of changes in normalized TDT. Level of Evidence III.

RESUMEN Introducción: Los cambios en la tasa de desarrollo del torque (TDT) y la arquitectura muscular causada por la fatiga son temas poco investigados. Esta investigación evaluó el efecto de la fatiga en la TDT y la arquitectura muscular del vasto lateral (VL). Métodos: 17 voluntarios (25.5 ± 6.2 años; 177.2 ± 12.9 cm; 76.4 ± 13.1 kg) se sometieron a una evaluación isocinética de la extensión de la rodilla a 30º/s para obtener el pico de torque (PT-ISK), antes y después de una serie de contracciones voluntarias máximas intermitentes (CVIM) (15 repeticiones - contracción 3 s, intervalo 3 s) utilizadas para causar fatiga muscular, monitoreadas por la frecuencia media (FMD) de la electromiografía VL, recto femoral y vasta medial. Antes y después del protocolo de fatiga, se obtuvieron imágenes de ultrasonido VL para medir el grosor muscular, la longitud del fascículo y el ángulo del fascículo. Se calculó el par isométrico máximo (PT-ISM) y las TDT en ventanas de 50 ms para cada CVIM. Las DTT se calcularon en valores absolutos y se normalizaron mediante PT-ISM. Resultados: la fatiga se confirmó por reducciones significativas en la fiebre aftosa de los tres músculos. Después de la fatiga, el PT-ISK se redujo de 239.0 ± 47.91 a 177.3 ± 34.96 Nm, y el PT-CVIM de 269.5 ± 45.63 a 220.49 ± 46.94 Nm. Todos los valores absolutos de TDT fueron significativamente diferentes después del protocolo de fatiga. Sin embargo, las TDT normalizadas no mostraron diferencias significativas. No se observaron diferencias significativas en la arquitectura muscular de la LV. Conclusiones: La reducción en la capacidad explosiva ocurrió simultáneamente con la reducción en la fuerza máxima, evidenciada por la falta de cambios en la TDT normalizada. Nível de evidencia III.

RESUMO Introdução: Alterações na taxa de desenvolvimento de torque (TDT) e arquitetura muscular causadas pela fadiga são temas pouco investigados. Esta pesquisa avaliou o efeito da fadiga na TDT e arquitetura muscular do vasto lateral (VL). Métodos: Dezessete voluntários (25,5 ± 6,2 anos; 177,2 ± 12,9 cm; 76,4 ± 13,1 kg) realizaram avaliação isocinética de extensão do joelho em 30º/s para obtenção do pico de torque (PT-ISK) antes e após uma série de contrações voluntárias isométricas máximas (CVIM) intermitentes (15 reps - 3 s contração, 3 s intervalo) utilizadas para causar fadiga muscular, monitoradas pela frequência mediana (FMD) da eletromiografia do VL, reto femoral e vasto medial. Antes e após o protocolo de fadiga, imagens de ultrassonografia do VL foram obtidas para mensuração da espessura muscular, comprimento de fascículo e ângulo do fascículo. O pico de torque isométrico (PT-ISM) e TDTs em janelas de 50 ms foram calculados para cada CVIM. As TDTs foram calculadas em valores absolutos e normalizadas pelo PT-ISM. Resultados: A fadiga foi confirmada devido a reduções significativas da FMD dos três músculos. Após a fadiga, o PT-ISK foi reduzido de 239,0 ± 47,91 para 177,3 ± 34,96 Nm, e o PT-CVIM de 269,5 ± 45,63 para 220,49 ± 46,94 Nm. Todos os valores de TDT absolutos apresentaram-se significativamente diferentes após o protocolo de fadiga. Contudo, as TDTs normalizadas não demonstraram diferença significativa. Não foram observadas diferenças significativas na arquitetura muscular do VL. Conclusões: A redução da capacidade explosiva ocorreu de maneira concomitante com a redução da força máxima evidenciada pela falta de alterações na TDT normalizada. Nível de Evidência III.

Relationship between upper and lower limbs muscle explosive strength with the vastus lateralis and biceps brachii architecture / Correlação entre a força muscular explosiva dos membros superiores e inferiores com a arquitetura do vasto lateral e do bíceps braquial / Correlación entre la fuerza muscular explosiva de las extremidades superiores e inferiores con la arquitectura del vasto lateral y el bíceps braquial

ABSTRACT We aimed to assess upper and lower limbs explosive strength, and its correlation with biceps brachii (BB) and vastus lateralis (VL) architecture. Absolute and maximum torque normalized rate of torque development (RTD) were measured from isometric elbow flexion (EF) and knee extension (KE). BB and VL architectures were assessed by ultrasound. Absolute RTD of KE was higher (129-272%), although normalized RTD was higher in EF (80-21%). The absolute RTD was correlated to muscle thickness only in the BB (r=.39-46). No relationship was found between muscle architecture and normalized RTD. In conclusion, the higher RTD from KE seems to be due to their greater strength. Only the muscle architecture could not explain the differences found in the RTD.

RESUMO Nosso objetivo foi avaliar a força explosiva de membros superiores e inferiores e a sua correlação com a arquitetura do bíceps braquial (BB) e vasto lateral (VL). A taxa de desenvolvimento de torque (TDT) absoluta e normalizada pela força máxima foi medida na flexão de cotovelo (FC) e extensão de joelho (EJ). A arquitetura do BB e do VL foi avaliada por ultrassonografia. A TDT absoluta de EJ foi maior (129-272%), mas a TDT normalizada foi maior na FC (80-21%). A TDT absoluta foi correlacionada com a espessura do BB (r=.39-46). A TDT normalizada não foi correlacionada à arquitetura muscular. Concluindo, a TDT superior da EJ parece causada pela maior força máxima. Apenas a arquitetura muscular não parece explicar a diferença na TDT.

RESUMEN Nuestro objetivo era evaluar la fuerza explosiva de los miembros superiores y inferiores y su correlación con la arquitectura del bíceps braquial (BB) y vasto lateral (VL). Se medio la tasa de desarrollo de torque (TDT) absoluta y normalizada por la fuerza máxima in la flexión de codo (FC) e extensión de rodilla (ER). La arquitectura del BB y VL fue evaluada por ultrasonido. La TDT absoluta de ER fue mayor (129-272%), pero la TDT normalizada fue mayor en la FC (80-21%). La TDT absoluta se correlacionó con el grosor del BB (r=.39-46). La TDT normalizada no se correlacionó con la arquitectura. En conclusión, la TDT superior del ER parece estar causado por la mayor fuerza máxima. La arquitectura muscular sola no parece explicar la diferencia en la TDT.

Pennation angle of vastus laterallis during isometric contractions performed at two knee angles / Ângulo de penação do vasto lateral durante contrações isométricas executadas em dois ângulos do joelho

Abstract Introduction: The pennation angle (PA) of a muscle is not static value, but it adapts to the conditions imposed by the contraction intensity required. Objective: This study investigates the effect of knee angle (KA) and intensity of contraction (IC) on PA of vastus lateralis (VL). Methods: Eight women and nine men executed isometric torques lasting 5s at the maximal voluntary contraction (MVC), 25%, 50% and 75% of MVC, on an isokinetic dynamometer with the KA at 90° and 120° (full extension = 180°). The PA was measured in each test, and with the subject relaxed. The effect of IC on PA was tested by means of repeated measures ANOVA and effect size (ES), and of the KA on PA by paired t test, employed on each IC, together with the statistics: intraclass correlation (ICC), standard error of measurement (SEM) and ES, all calculated with the PAs measured at both KAs. Results: The PA increased significantly and successively with the IC (p < 0.05; ES between 1.11 and 3.04), but was not influenced by KA (p > 0.05; ICC between 0.70 and 0.81; SEM between 0.7° and 1.4°; ES between 0.02 and 0.2). Conclusion: The successive increase of PA with the IC supports the existence of relation between these variables. While studies advocate the effect of PA on joint angle this was not observed in this study, probable because the 30o of between KA difference employed was not enough to provide change in PA.

Resumo Introdução: O ângulo de penação (AP) de um músculo não é estático, podendo se adaptar às condições impostas pela contração demandada. Objetivo: Este estudo investigou a influência do ângulo do joelho (AJ) e da intensidade da contração (IC) no AP do vasto lateral (VL). Métodos: Oito mulheres e nove homens executaram torques isométricos durante 5s na contração voluntária máxima (CVM), em 25%, 50% e 75% da CVM, em um equipamento isocinético, com o AJ em 90° e 120° (extensão = 180°). O AP foi medido nos testes e com o sujeito relaxado. O efeito da IC no AP foi testado por ANOVA para medidas repetidas e pelo tamanho do efeito (TE), e o do AJ no AP, por teste t pareado, aplicado a cada IC, junto com as estatísticas: coeficiente de correlação intraclasse (ICC), erro padrão da medida (SEM) e TE, todas calculadas com os APs medidos em ambos AJs. Resultados: O AP aumentou significativamente e sucessivamente com a IC (p < 0,05; TE entre 1,11 e 3,04), mas não foi influenciado pelo AJ (p > 0,05; ICC entre 0,70 e 0,81; SEM entre 0,7° e 1,4°; TE entre 0,02 e 0,20). Conclusão: O aumento sucessivo do AP com a IC corrobora a existência de relação entre estas duas variáveis. Enquanto estudos advogam efeito do ângulo articular no AP, isto não foi observado neste estudo, provavelmente porque a diferença de 30° utilizada entre os AJ não foi suficiente para produzir mudança no AP.

Variation in isometric force after active shortening and lengthening and their mechanisms: a review / Variação da força isométrica após encurtamento e alongamento ativo e seus mecanismos: uma revisão

Introduction The isometric force history dependence of skeletal muscle has been studied along the last one hundred years. Several theories have been formulated to explain and establish the causes of the phenomenon, but not successfully, as they have not been fully accepted and demonstrated, and much controversy on such a subject still remains. Objective To present a systematic literature review on the dynamics of the mechanisms of force depression and force enhancement after active shortening and lengthening, respectively, identifying the key variables involved in the phenomenon, and to date to present the main theories and hypothesis developed trying to explaining it. Method The procedure of literature searching complied the major databases, including articles either, those which directly investigated the phenomena of force depression and force enhancement or those which presented possible causes and mechanisms associated with their respective events, from the earliest studies published until the year of 2010. Results 97 references were found according to the criteria used. Conclusion Based on this review, it is suggested that the theory of stress inhibition of actin-myosin cross-bridges is that better explain the phenomenon of force depression. Whereas regarding the force enhancement phenomenon, one theory have been well accepted, the increased number of actin-myosin cross-bridges in strong binding state influenced by the recruitment of passive elastic components, which hole is attributed to the titin filament. .

Introdução A dependência entre a produção de força isométrica do músculo esquelético e o histórico da contração precedente vem sendo objeto de estudo nos últimos cem anos. Diversas teorias têm sido formuladas para explicar e estabelecer as causas do fenômeno, obtendo pouco sucesso, uma vez que não foram completamente aceitas e comprovadas, suscitando ainda muita controvérsia sobre o tema. Objetivos Apresentar uma revisão sistemática da literatura sobre a dinâmica dos mecanismos de depressão (DF) e de aumento (AF) da força isométrica após encurtamento e alongamento ativos, respectivamente, identificando as principais variáveis intervenientes nos fenômenos, e as principais teorias e hipóteses elaboradas para explicá-los até a presente data. Métodos O procedimento de busca da literatura foi composto por uma pesquisa nas principais bases de dados, incluindo artigos que observaram diretamente os fenômenos DF e AF, ou possíveis mecanismos e causas associadas a suas respectivas manifestações, desde os primeiros estudos sobre o tema até o ano de 2010. Resultados Foram encontradas 97 referências que atenderam aos critérios adotados. Conclusão Com base na revisão produzida, sugere-se a teoria da inibição por estresse induzido das pontes cruzadas de actina-miosina para explicar o fenômeno DF. Quanto ao fenômeno AF uma teoria tem sido bem aceita, a do aumento do número de pontes cruzadas de actina-miosina em estado forte de ligação influenciado pelo recrutamento dos componentes elásticos passivos, atribuindo-se aos filamentos de titina este papel. .

Influência da distância intereletrodos e da cadência de movimento no domínio da frequência do sinal de EMG de superfície / Influence of the inter-electrodes distance and cadence of movement in the surface EMG signal frequency domain

A eletromiografia de superfície (sEMG), apesar de amplamente utilizada em investigações biomecânicas, ainda apresenta inúmeros questionamentos sobre a influência das distâncias intereletrodos (DIE) na morfologia do sinal, principalmente em contrações isotônicas. Logo, muitos dos trabalhos desenvolvidos ainda se limitam ao âmbito do laboratório de pesquisa, onde é possível estabelecer maior controle nos protocolos de registro e análise, o que não é comumente observado na prática clínico-desportiva. Dessa forma, o objetivo do estudo foi examinar os efeitos de dois protocolos de colocação de eletrodos e a realização de contrações isotônicas no domínio da frequência do sinal de sEMG. Quinze sujeitos do sexo masculino (idade: 22,8 ± 3,5 anos), todos destros, realizaram contrações dinâmicas do bíceps braquial direito com carga estimada em 20 por cento da contração voluntária máxima em três diferentes cadências (30, 45, 60bpm). Os sinais de sEMG foram registrados por meio de dois canais, cujas DIEs foram de 4,2 e 13cm, respectivamente. A avaliação dos sinais de sEMG foi baseada na frequência mediana do espectro de potencial do sinal, calculado via transformada rápida de Fourier. A DIE e a cadência foram definidas como fatores (ANOVA two-way; α = 0,05). Não foram observadas diferenças estatísticas e qualquer interação entre ambos os fatores nas três cadências (P > 0,05). Sugere-se que, independentemente da distância utilizada entre os eletrodos, uma investigação no domínio da frequência do sinal de sEMG em tarefas dinâmicas seja evitada, mesmo a partir de DIEs reduzidas, como é sugerido pela literatura, dado que variações no torque e no comprimento muscular podem corromper o sinal e, portanto, sua interpretação.

Surface electromyography (SEMG), despite being widely used in biomechanical investigations, still presents massive questioning about the influence of the distance of the inter-electrodes (DIE) in the signal morphology, especially in isotonic contractions. Thus, much of the research developed is still limited to the laboratory, where it is possible to establish better control over the recording and analysis protocols, which is not commonly observed in the clinical-sportive practice. Therefore, the aim of this study was to examine the effects of two electrodes placement protocols and the performance of isotonic contractions in the SEMG sign frequency domain. Fifteen right-handed male subjects (aged 22.8 ± 3.5 years) performed dynamic contractions of the right brachial biceps with load estimated in 20 percent of the maximum voluntary contraction in three different cadences (30, 45 and 60 bpm). The SEMG signals were registered by two channels with DIEs of 4.2 and 13 cm, respectively. The SEMG signals assessment was based on the median frequency of the potential spectrum of the signal, calculated via fast Fourier transform. DIE and cadence were defined as factors (two-way ANOVA; α = 0.05). No statistical differences or any interaction between both factors were observed in the three cadences (P> 0.05). Regardless of the distance used between electrodes, an investigation in the SEMG signal frequency domain in dynamic tasks should be avoided, even from reduced DIEs, as suggested in the literature, since variations in the torque and muscular length may disrupt the signal and hence its interpretation.

Reprodutibilidade no teste de uma repetição máxima no exercício de puxada pela frente para homens / Reproducibility in the maximal repetition test in the lat pulldown exercise for men

OBJETIVO: Verificar a reprodutibilidade teste-reteste do teste de uma repetição máxima (1RM) no exercício de puxada pela frente. MÉTODOS: 26 homens adultos saudáveis e ativos (25 ± 3 anos, 76,8 ± 9,86kg, 177 ± 5,3cm, 12,5 ± 4,25 por cento de gordura) assinaram consentimento antes de participar deste estudo. A coleta de dados foi feita em dois dias, separados por 48-72 horas. No primeiro dia, foram coletados dados antropométricos e o teste de 1RM progressivo foi realizado. Em cada tentativa, cargas progressivas de 5kg eram acrescidas até que ocorresse uma falha, quando então a carga era reduzida em três quilos e uma nova tentativa era realizada. Foram respeitados cinco minutos de intervalo entre as tentativas. No segundo dia, o teste de 1RM era repetido seguindo o mesmo protocolo. As cargas máximas dos dois dias foram comparadas utilizando o teste t pareado para o erro sistemático e a técnica de limites de concordância, para 95 por cento do erro aleatório. RESULTADOS: O erro médio apresentado pela amostra foi de 2,9 ± 2,48kg, sendo observada diferença significativa entre os dois dias de teste (p < 0,00001). O limite de concordância para 95 por cento do erro ficou entre -1,9 e 7,8kg. CONCLUSÃO: Este estudo mostrou tendência a aumento da carga máxima atingida no segundo dia de teste, o que aponta para a necessidade de se considerar tal diferença ao planejar e analisar estudos de força onde o teste de 1RM for utilizado.

OBJECTIVE: To verify the test-retest 1RM reproducibility in the lat pulldown exercise. METHODS: Twenty-six healthy and physically actives men (25 ± 3 years, 76.8 ± 9.86 kg, 177 ± 5.3 cm, 12.5 ± 4.25 percent body fat) signed an informed consent before participate in this study. The data was collected in two visits, 48-72 hours apart. During the first visit, anthropometric data was measured and progressive 1RM test was performed. For each attempt progressive loads of 5 kg were added until the fail, when the load was reduced in 3 kg and a last attempt was performed. A five-minute rest was allowed before each attempt. During the second visit, the 1RM test was repeated following the same protocol. The Maximum loads of each day were compared by paired t-test to systematic error and limits of agreement technique to random error was employed. RESULTS: The mean error found was 2.9 ± 2.48 kg, being significantly different between days (p<0.00001). The error 95 percent limit of agreement was between -1.9 and 7.8 kg. CONCLUSION: This study showed a tendency to an increase in the second-day load, which when planning and analyzing strength training studies using 1RM test.

Avaliação de dois modelos de tábua proprioceptiva com dois tipos de apoios por meio da eletromiografia de superfície / Assessment of two model of disk training in two different bases of support through surface electromyography

O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo eletromiográfico de superfície da musculatura tibial anterior e gastrocnêmio, face medial, durante a utilização de dois modelos de tábua de equilíbrio, em dois diferentes apoios. Para tanto foram utilizadas dois modelos de tábua proprioceptiva (T1 e T2), iguais na base de apoio para os pés, porém diferentes no seu contato com o solo. Os 05 (cinco) indivíduos, utilizados no teste, foram posicionados em apoio bipodal, sendo captado o sinal eletromiográfico em dois momentos, um com os pés mais separados e outro com os pés mais próximos. Os resultados obtidos evidenciaram maior atividade mioelétrica no músculo gastrocnêmio, comparativamente com o músculo tibial anterior, durante os testes tanto com os pés mais próximos quanto mais afastados, em ambas as tábuas. Esta diferença ficou mais evidente na probabilidade 90%, tanto para a separação menor entre os pés (p = 0,0345), quanto maior (p = 0,0215). Ao se considerar a separação entre os pés, T1 produziu diferença significativa em tibial anterior, com os pés mais separados para a probabilidade 50% (p = 0,0346) e probabilidade 90% (p = 0,0398) e, para gastrocnêmio na probabilidade 90% (p = 0,0216).

The purpose of this study is to make a surface electromyography research of the anterior tibialis muscle, and gastrocnemium medial face, during the utilization of two models of disk training, in two different bases of suport. For this matter it was used two models of disk training (T1 and T2) used to proprioceptive training, identical in the foot base, however, different in its contact with the fl oor. Th e 05 (fi ve) individuals treated in this test, were positioned in two foot support, having the electromyography sign captured in two moments; one with the feet more apart and the other with the feet more joined. Th e results obtained during the test evidencied of greater myoelectric activity for the gastrocnemium muscle, compared to the anterior tibialis muscle, either with the feet more joined or apart, in both disk training. The difference was more evident in the 90% probability, either for the minor distance between the feet (p = 0.0345), or the greatest (p = 0.0215). Considering the distance between the feet, T1 produces significant difference in the anterior tibialis with the feet more separated with the 50% probability (p = 0.0346) and 90% probability (p = 0.0398) and, as for gastrocnemium with the 90% probability (p = 0.0216).