Muscle activation patterns in the Nordic hamstring exercise: Impact of prior strain injury

This study aimed to determine: 1) the spatial patterns of hamstring activation during the Nordic hamstring exercise (NHE); 2) whether previously injured hamstrings display activation deficits during the NHE, and; 3) whether previously injured hamstrings exhibit altered cross-sectional area. Ten healthy, recreationally active males with a history of unilateral hamstring strain injury underwent functional magnetic resonance imaging (fMRI) of their thighs before and after 6 sets of 10 repetitions of the NHE. Transverse (T2) relaxation times of all hamstring muscles (biceps femoris long head, (BFlh); biceps femoris short head (BFsh); semitendinosus (ST); semimembranosus (SM)), were measured at rest and immediately after the NHE and cross-sectional area (CSA) was measured at rest. For the uninjured limb, the ST’s percentage increase in T2 with exercise was 16.8, 15.8 and 20.2% greater than the increases exhibited by the BFlh, BFsh and SM, respectively (p<0.002 for all). Previously injured hamstring muscles (n=10) displayed significantly smaller increases in T2 post-exercise than the homonymous muscles in the uninjured contralateral limb (mean difference -7.2%, p=0.001). No muscles displayed significant between limb differences in CSA. During the NHE, the ST is preferentially activated and previously injured hamstring muscles display chronic activation deficits compared to uninjured contralateral muscles.

Impact of exercise selection on hamstring muscle activation

Objective: To determine the extent to which different strength training exercises selectively activate the commonly injured biceps femoris long head (BFLH) muscle. Methods: This two-part observational study recruited 24 recreationally active males. Part 1 explored the amplitudes and the ratios of lateral to medial hamstring (BF/MH) normalised electromyography (nEMG) during the concentric and eccentric phases of 10 common strength training exercises. Part 2 used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to determine the spatial patterns of hamstring activation during two exercises which i) most selectively, and ii) least selectively activated the BF in part 1. Results: Eccentrically, the largest BF/MH nEMG ratio was observed in the 45° hip extension exercise and the lowest was observed in the Nordic hamstring (NHE) and bent-knee bridge exercises. Concentrically, the highest BF/MH nEMG ratio was observed during the lunge and 45° hip extension and the lowest was observed for the leg curl and bent-knee bridge. fMRI revealed a greater BFLH to semitendinosus activation ratio in the 45° hip extension than the NHE (p<0.001). The T2 increase after hip extension for BFLH, semitendinosus and semimembranosus muscles were greater than that for BFSH (p<0.001). During the NHE, the T2 increase was greater for the semitendinosus than for the other hamstrings (p≤0.002). Conclusion: This investigation highlights the non-uniformity of hamstring activation patterns in different tasks and suggests that hip extension exercise more selectively activates the BFLH while the NHE preferentially recruits the semitendinosus. These findings have implications for strength training interventions aimed at preventing hamstring injury.

Fascial planes within subcutaneous fat in humans

We have used B-mode (brightness-mode) ultrasound to investigate the fascial planes within subcutaneous fat at the triceps and abdominal sites in a group of 17 women attending a weight control group over a 12 month period. In most subjects there was a single intralipid fascial plane at each site. As the thickness of adipose tissue increased, most of the change at the abdominal site was in the deep rather than the superficial layer of fat. At the triceps site both deep and superficial layers increased. Our findings confirm the presence of two different layers in human subcutaneous fat at the triceps and abdominal sites. These layers have been shown to be functionally different in animals and our study supports this in humans at the abdominal site.

Effects of 12 weeks muscle hipetrophy training program in a young male athlete: stydy case

PURPOSE: The main goals of the present study were: 1) to review some recommendations about how to increase lean body mass; 2) to analyse whether following scientific sources of current recommendations, visible changes can be shown or not in a participant (body composition, strength and blood analyses). METHODS: One male athlete completed 12 weeks of resistance training program and following a diet protocol. Some test were determined such as, strength 6RM, blood analyses, skindfold measurements, body perimeters and impedance test. Body composition measurements were taken 3 times during the program (before-T1, after 6 weeks of intervention period-T2 and at the end of the program-T3). On the other hand, strength tests and blood analyses were performed twice (before and after the program). RESULTS: Strength was increased in general; blood analyses showed that Creatine kinase was increased a 104% and Triglycerides level was decreased a 22.5%; in the impedance test, body mass (1.6%), lean body mass (3.5%) and Body mass index (1.7%) were increased, whereas fat mass was decreased (15.5%); relaxed and contracted biceps perimeters were also increased. CONCLUSION: A muscle hypertrophy training program mixed with an appropriate diet during 12 weeks leads to interesting adaptations related to increase in body weight, lean body mass, biceps perimeters, strength and creatine kinase levels, and a decrease in fat mass.

Avaliação do impacto de um programa de educação nutricional sobre a adesão à dieta hipoproteica em pacientes com doença renal crônica em tratamento conservador

Pacientes com doença renal crônica (DRC) na fase não dialítica são normalmente orientados a seguir uma dieta hipoproteica e hipossódica. Estudos nacionais e internacionais mostram que a adesão a essa dieta tem sido baixa e difícil de ser mantida, pois requer mudanças importantes no hábito alimentar. O objetivo do presente estudo foi avaliar o impacto de um programa de educação nutricional sobre a adesão à dieta hipoproteica em pacientes com DRC em tratamento conservador. Trata-se de um ensaio clínico randomizado, prospectivo com duração de 5 1,5 meses. Foram acompanhados 85 pacientes com DRC na fase não dialítica, atendidos em dois Ambulatórios de Nutrição e Doenças Renais do Hospital Universitário Pedro Ernesto. Os pacientes foram divididos de forma aleatória em 2 grupos: Intervenção (n=39) e Controle (n=46). Os pacientes do Grupo Intervenção foram submetidos a um programa de educação nutricional, além da orientação de dieta hipoproteica (0,6 a 0,75 g/kg/dia). Os pacientes do Grupo Controle foram submetidos apenas à orientação de dieta hipoproteica (0,6 a 0,75 g/kg/dia). A avaliação da adesão foi feita a partir da estimativa do consumo de proteína por recordatório alimentar de 24 horas. Adotou-se como critério de adesão apresentar ao final do estudo redução de ao menos 20% da ingestão proteica inicial. A avaliação nutricional e laboratorial foi realizada no início e no término do estudo. Os parâmetros antropométricos avaliados foram peso, estatura, dobras cutâneas do tríceps, bíceps, subescapular e supra-ilíaca e perímetro da cintura e do braço. As laboratoriais foram creatinina, uréia, potássio, fósforo, glicose e albumina no plasma e sódio e uréia na urina de 24 horas. Ao avaliar o amostra total, 51,8% dos pacientes eram do sexo masculino, com média de idade de 63,4 11,0 anos, IMC indicativo de sobrepeso (28,8 5,4 kg/m2) e filtração glomerular estimada (FGe) de 32,6 12,2 mL/mim/1,73m2. As características iniciais não diferiram entre os Grupos Intervenção e Controle. Ambos os grupos apresentaram melhora dos parâmetros laboratoriais e antropometricos, com redução significante da uréia plasmática e da glicemia no Grupo Controle (P < 0,05 vs início do estudo) e do IMC em ambos os grupos (P < 0,05 vs início do estudo). Após o período de acompanhamento, o Grupo Intervenção e o Grupo Controle apresentaram ingestão proteica significantemente diferente (0,62 0,2 vs 0,77 0,26 g/kg/dia, respectivamente). A ingestão de sódio não mudou de forma significante em ambos os grupos no inicio e término do acompanhamento. A Adesão à ingestão proteica foi observada em 74,4% do Grupo Intervenção e em 47,8% do Grupo Controle (P < 0,05). A análise de regressão logística multivariada revelou que pertencer ao Grupo Intervenção e sexo masculino se associaram com a Adesão (P <0,05), mesmo após corrigir para outras variáveis testadas. Com base nos achados desse estudo, pode-se concluir que o programa de educação nutricional foi uma ferramenta eficaz no tratamento dietoterápico do paciente com DRC na pré-diálise, pois promoveu melhora na adesão à dieta hipoproteica, além de ter promovido melhora dos parâmetros antropométricos e laboratoriais.

Composição corporal em pacientes com doença inflamatória intestinal: antropometria versus bioimpedância

A Doença Inflamatória Intestinal (DII) é uma desordem caracterizada pela inflamação difusa do trato gastrointestinal. Os dois principais tipos de DII são a Retocolite Ulcerativa (RCU) e a Doença de Crohn (DC) e ambas cursam com alterações no estado nutricional (EN). O objetivo deste estudo foi comparar a composição corporal, obtida por meio de diferentes métodos, em pacientes com DC e RCU em atendimento ambulatorial, avaliando possíveis diferenças nos grupos de doentes entre si e quando comparados a indivíduos saudáveis. Foi realizado um estudo transversal incluindo 101 pacientes com DII, sendo 50 com DC (GDC) e 51 com RCU (GRCU), além de 35 indivíduos saudáveis (GCON), selecionados no Ambulatório do Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Informações sócio-demográficas e pessoais, como prática de exercício físico, tabagismo, doenças pregressas e procedimentos cirúrgicos prévios foram coletadas. A avaliação antropométrica consistiu de: peso; altura; circunferências do braço, da cintura e do quadril; circunferência muscular do braço (CMB) e pregas cutâneas do tríceps, bíceps, peitoral, axilar, subescapular, suprailíaca, supraespinhal, abdominal, perna e coxa. O percentual de gordura corporal (% GC) foi estimado a partir de equações que utilizam o somatório de pregas cutâneas e por meio de bioimpedância elétrica (BIA). Para estimar o percentual de gordura subcutânea foi utilizado o somatório de dez dobras. As variáveis laboratoriais analisadas foram: hemograma completo, proteínas totais, albumina, globulina, velocidade de hemossedimentação e proteína C reativa. As análises estatísticas foram realizadas utilizando-se o software STATA versão 10.0. A classificação do EN, por meio do índice de massa corporal (IMC), evidenciou baixa prevalência de desnutrição nos três grupos avaliados. Ao analisar diretamente as medidas antropométricas de peso e IMC, observou-se que os pacientes com DC apresentaram valores significativamente menores do que os indivíduos do grupo controle. A avaliação da CMB mostrou que os pacientes do GDC e GRCU apresentaram depleção de massa magra em comparação aos indivíduos do GCON, porém sem apresentar diferenças entre os dois grupos de pacientes com DII. Em relação ao %GC obtido por BIA não foram verificadas diferenças entre os três grupos de estudo. Ao se verificar o %GC com a utilização das fórmulas de Peterson, Durnin & Womersley e Jackson & Pollock (que utiliza o somatório de três dobras) observou-se que os pacientes com DC apresentaram tecido adiposo significativamente depletado em relação aos indivíduos do GCON e do GRCU. Ao compararmos os %GC obtidos por diferentes métodos de estimativa, observou-se que as equações de Jackson & Pollock (que utilizam o somatório de três e sete dobras) apresentaram resultados significativamente menores quando comparados aos das equações de Peterson e Durnin & Womersley, nos dois grupos de pacientes. Os níveis séricos de proteínas totais e albumina, e a contagem total de hemácias foram menores nos indivíduos com DC quando comparados aos indivíduos do grupo controle e/ou aos indivíduos do grupo com RCU. Os pacientes com DC apresentaram comprometimento importante do EN em comparação aos pacientes com RCU e, notadamente, em relação aos indivíduos saudáveis.

Analysis of the Response Speed of Musculature of the Knee in Professional Male and Female Volleyball Players

The aim of this study was to evaluate the normalized response speed (Vrn) of the knee musculature (flexor and extensor) in high competitive level volleyball players using tensiomyography (TMG) and to analyze the muscular response of the vastus medialis (VM), rectus femoris (RF), vastus lateralis (VL), and biceps femoris (BF) in accordance with the specific position they play in their teams. One hundred and sixty-six players (83 women and 83 men) were evaluated. They belonged to eight teams in the Spanish women's superleague and eight in the Spanish men's superleague. The use of Vrn allows avoiding possible sample imbalances due to anatomical and functional differences and demands. We found differences between Vrn in each of the muscles responsible for extension (VM, RF, and VL) and flexion (BF) regardless of the sex. Normalized response speed differences seem to be larger in setters, liberos and outside players compared to middle blockers and larger in males when compared to females. These results of Vrn might respond to the differences in the physical and technical demands of each specific position, showing an improved balance response of the knee extensor and flexor musculature in male professional volleyball players.

Bipedal walking and running with spring-like biarticular muscles.

Compliant elements in the leg musculoskeletal system appear to be important not only for running but also for walking in human locomotion as shown in the energetics and kinematics studies of spring-mass model. While the spring-mass model assumes a whole leg as a linear spring, it is still not clear how the compliant elements of muscle-tendon systems behave in a human-like segmented leg structure. This study presents a minimalistic model of compliant leg structure that exploits dynamics of biarticular tension springs. In the proposed bipedal model, each leg consists of three leg segments with passive knee and ankle joints that are constrained by four linear tension springs. We found that biarticular arrangements of the springs that correspond to rectus femoris, biceps femoris and gastrocnemius in human legs provide self-stabilizing characteristics for both walking and running gaits. Through the experiments in simulation and a real-world robotic platform, we show how behavioral characteristics of the proposed model agree with basic patterns of human locomotion including joint kinematics and ground reaction force, which could not be explained in the previous models.

Using EMGs and kinematics data to study the take-off technique of experts and novices for a pole vaulting short run-up educational exercise

This study attempts to characterise the electromyographic activity and kinematics exhibited during the performance of take-off for a pole vaulting short run-up educational exercise, for different expertise levels. Two groups (experts and novices) participated in this study. Both groups were asked to execute their take-off technique for that specific exercise. Among the kinematics variables studied, the knee, hip and ankle angles and the hip and knee angular velocities were significantly different. There were also significant differences in the EMG variables, especially in terms of (i) biceps femoris and gastrocnemius lateralis activity at touchdown and (ii) vastus lateralis and gastrocnemius lateralis activity during take-off. During touchdown, the experts tended to increase the stiffness of the take-off leg to decrease braking. Novices exhibited less stiffness in the take-off leg due to their tendency to maintain a tighter knee angle. Novices also transferred less energy forward during take-off due to lack of contraction in the vastus lateralis, which is known to contribute to forward energy transfers. This study highlights the differences in both groups in terms of muscular and angular control according to the studied variables. Such studies of pole vaulting could be useful to help novices to learn expert's technique.

Variaciones termométricas en la planta del pie y piernas valorada en corredores antes y después de correr 30 km

La termometría es una técnica no invasiva que permite cuantificar los cambios en la temperatura cutánea y evaluarla de forma cuantitativa. El aumento significativo de la temperatura puede indicar la existencia de patología. Se ha demostrado que la actividad muscular induce procesos de transferencia de calor entre los músculos y las capas superficiales de tejido. En este estudio queremos cuantificar los cambios de temperatura que se producen en los músculos del pie y miembro inferior tras una carrera de 30 km, para ello hemos utilizado una cámara termográfica de alta resolución. Contamos con la colaboración voluntaria de 32 sujetos sanos a los que procedimos a tomar fotografías de la planta del pie, parte anterior de la pierna, parte posterior de la pierna, parte anterior del muslo y parte posterior del muslo en dos etapas, primero antes de la carrera y segunda toma después de la carrera de 30 km, de esta manera pudimos valorar si había o no variación de temperatura en las zonas seleccionadas. Tras el análisis de los datos obtenidos encontramos significativas variaciones térmicas en Talón, cabeza primer metatarsiano, cabeza segundo metatarsiano, cabeza tercer metatarsiano, cabeza cuarto metatarsiano, cabeza quinto metatarsiano, apófisis estiloides quinto metatarsiano, arco longitudinal interno, maléolo interno, maléolo externo, peroneo lateral largo, vasto interno, vasto externo, recto femoral, tensor de la fascia lata, inserción cuádriceps, gemelo interno, tendón de Aquiles y Biceps femoral.

Training of Reaching in Stroke Survivors With Severe and Chronic Upper Limb Paresis Using a Novel Nonrobotic Device: A Randomized Clinical Trial

Background and Purpose—Severe upper limb paresis is a major contributor to disability after stroke. This study investigated the efficacy of a new nonrobotic training device, the Sensorimotor Active Rehabilitation Training (SMART) Arm, that was used with or without electromyography-triggered electrical stimulation of triceps brachii to augment elbow extension, permitting stroke survivors with severe paresis to practice a constrained reaching task.

Methods—A single-blind, randomized clinical trial was conducted with 42 stroke survivors with severe and chronic paresis. Thirty-three participants completed the study, of whom 10 received training using the SMART Arm with electromyography-triggered electrical stimulation, 13 received training using the SMART Arm alone, and 10 received no intervention (control). Training consisted of 12 1-hour sessions over 4 weeks. The primary outcome measure was “upper arm function,” item 6 of the Motor Assessment Scale. Secondary outcome measures included impairment measures; triceps muscle strength, reaching force, modified Ashworth scale; and activity measures: reaching distance and Motor Assessment Scale. Assessments were administered before (0 weeks) and after training (4 weeks) and at 2 months follow-up (12 weeks).

Results—Both SMART Arm groups demonstrated significant improvements in all impairment and activity measures after training and at follow-up. There was no significant difference between these 2 groups. There was no change in the control group.

Conclusions—Our findings indicate that training of reaching using the SMART Arm can reduce impairment and improve activity in stroke survivors with severe and chronic upper limb paresis, highlighting the benefits of intensive task-oriented practice, even in the context of severe paresis.

Early alterations in serum creatine kinase and total cholesterol following high intensity eccentric muscle actions

Aim. The purpose of this experiment was to assess the levels of muscle soreness, serum total cholesterol (TC) and creatine kinase (CK) in the first 48 hours following fatiguing eccentric exercise performed with the triceps brachii.

Training-induced modifications of corticospinal reactivity in severely affected stroke survivors

When permitted access to the appropriate forms of rehabilitation, many severely affected stroke survivors demonstrate a capacity for upper limb functional recovery well in excess of that formerly considered possible. Yet, the mechanisms through which improvements in arm function occur in such profoundly impaired individuals remain poorly understood. An exploratory study was undertaken to investigate the capacity for brain plasticity and functional adaptation, in response to 12-h training of reaching using the SMART Arm device, in a group of severely affected stroke survivors with chronic upper limb paresis. Twenty-eight stroke survivors were enroled. Eleven healthy adults provided normative data. To assess the integrity of ipsilateral and contralateral corticospinal pathways, transcranial magnetic stimulation was applied to evoke responses in triceps brachii during an elbow extension task. When present, contralateral motor-evoked potentials (MEPs) were delayed and reduced in amplitude compared to those obtained in healthy adults. Following training, contralateral responses were more prevalent and their average onset latency was reduced. There were no reliable changes in ipsilateral MEPs. Stroke survivors who exhibited contralateral MEPs prior to training achieved higher levels of arm function and exhibited greater improvements in performance than those who did not initially exhibit contralateral responses. Furthermore, decreases in the onset latency of contralateral MEPs were positively related to improvements in arm function. Our findings demonstrate that when severely impaired stroke survivors are provided with an appropriate rehabilitation modality, modifications of corticospinal reactivity occur in association with sustained improvements in upper limb function.

Padrão de ativação de músculos do core abdominal e tilt pélvico no teste de extensão da anca, em indivíduos com e sem dor lombo- pélvica

Introdução: Os padrões de movimento podem sofrer alterações por atraso no timing de ativação e/ou modificações na sequência de recrutamento muscular, predispondo o indivíduo a disfunções, nomeadamente a dor lombo-pélvica. Objetivo: Investigar o timing e o padrão de ativação de músculos do core abdominal, durante o movimento de extensão da anca, do membro dominante, em indivíduos com e sem dor lombo- pélvica crónica inespecífica. Pretende-se, também, pesquisar a existência do padrão de ativação considerado “normal“ e verificar a relação entre o padrão de ativação e o tilt pélvico, em ambos os indivíduos. Métodos: Estudo transversal, com 64 estudantes universitários, divididos em dois grupos: 31 sem e 33 com dor lombo-pélvica. Através de eletromiografia de superfície foi recolhida a atividade muscular dos Eretores da Espinha ipsilateral e contralateral, Glúteo Máximo e Bicípite Femoral ipsilaterais. Foi analisado o timing de ativação muscular e as respetivas ordens de ativação. Adicionalmente foi medido o tilt pélvico. Resultados: O grupo com dor lombo-pélvica apresentou um atraso significativo no timing de ativação dos músculos Glúteo Máximo ipsilateral (t=-3,171;p=0,002) e Bicípite Femoral ipsilateral (t=-2,092;p=0,041), em comparação com o grupo sem dor. Verificou-se uma associação significativa entre as 5 ordens de ativação mais frequentes e a presença de dor lombo-pélvica (xf2=11,54;p=0,015). A ordem de ativação "normal" – Glúteo Máximo ipsilateral>Bicípite Femoral ipsilateral>Eretor da Espinha contralateral>Eretor da Espinha ipsilateral – não foi utilizada. Verificou-se que o Bicípite Femoral ipsilateral foi maioritariamente o primeiro a ativar-se e o Glúteo Máximo ipsilateral o último em ambos os grupos. Verificou-se um tilt pélvico significativamente superior nos indivíduos que ativam primeiro o Bicípite Femoral ipsilateral nos grupos com (U=51;p=0,001) e sem dor (U=41p=0,001). Conclusão: Os indivíduos com dor lombo-pélvica apresentaram um atraso no timing de ativação dos músculos do core abdominal. Os resultados parecem refutar a ordem de ativação "normal" que tem sido proposta. Não foi possível apoiar nem contestar a teoria de que um atraso na ativação do Glúteo Máximo está associado com dor lombo-pélvica.

Estudo comparativo entre criança com e sem joelhos valgos praticantes de hóquei em patins utilizando diferentes sistemas de análise

O presente estudo tem como objetivo comparar experimentalmente duas crianças praticantes de Hóquei em Patins, uma normal e uma com a patologia dos joelhos valgos, avaliando qualitativamente as diferenças posturais, estáticas e dinâmicas, decorrentes da utilização dos patins específicos desta modalidade, através do sistema de análise da Força de Reação do Solo (FRS), de Eletromiografia (EMG), de captura de movimento, e de modelação e simulação. Para atingir o objetivo definiu-se um protocolo de ensaios com as seguintes tarefas: repouso com e sem patins, marcha, corrida, deslizar com os dois pés apoiados e deslizar com o pé esquerdo levantado. No repouso avaliou-se a variação do ponto de aplicação da FRS da criança normal e patológica, com e sem patins. Ainda na tarefa de repouso avaliou-se também as componentes médio-lateral, antero-posterior individualmente e a componente vertical da FRS, juntamente com a atividade muscular dos músculos Gastrocnémio Medial (GM), Recto Femoral (RF), Vasto Medial (VM), Vasto Lateral (VL), Bicípete Femoral (BF), Semitendinoso (ST), Tensor da Fascia Lata (TFL), Gastrocnémio Lateral (GL), de forma a comparar os valores de intensidade de FRS e da atividade muscular dos diferentes instantes de tempo desta tarefa. Para as restantes tarefas apenas se avaliou individualmente as componentes médio-lateral e antero-posterior da FRS e a componente vertical da FRS juntamente com a atividade muscular dos referidos músculos, salientando as diferenças evidentes entre as curvas da criança normal e as curvas da criança patológica durante os diferentes instantes do movimento. Todas as tarefas referidas, exceto a tarefa de repouso com patins, foram ainda simuladas recorrendo a modelos músculo-esqueléticos. A partir destas simulações do movimento obtiveram-se os ângulos articulares e efetuou-se a respetiva análise. No final dos resultados obtidos apresentou-se uma tabela de resumo com o cálculo dos coeficientes de variação de cada grandeza, exceto nos gráficos da posição no espaço da FRS, onde se constatou que existe uma grande variabilidade inter-individuo em cada tarefa. A análise dos resultados de cada tarefa permite concluir que a utilização de patins pode trazer uma maior ativação muscular para a criança patológica, embora se verifique instabilidade articular. Apesar dessa instabilidade pode-se inferir que, uma maior ativação muscular decorrente da utilização de patins, tal como acontece na prática do hóquei em patins, pode trazer uma melhoria, a longo prazo, na estabilidade da articulação do joelho e na sustentação corporal, proporcionada pelo fortalecimento muscular.