To examine the effect of acute beetroot juice supplementation on the rate of fatigue as measured by changes in peak torque. Placebo-controlled, double-blind, cross-over study, 35 recreationally active subjects consumed beetroot (BR) juice or black currant juice (PL) 12 and 2.5 hours before the exercise procedure. Peak torque was measured on the BIODEX dynamometer by performing 50, maximal effort, concentric knee extensions at 90°/s. Blood pressure (BP) was recorded before and after exercise. No significant difference between BR and PL in the rate of fatigue measured by change in peak torque. By stage 3, subjects retained 87.6±6.9% of strength with BR and 86.7±6.3% with PL (p= 0.363). Stages 10 was as follows: BR 47.9±12.6 vs. PL 46.9±12.9% (p= 0.419). The rate of work fatigue showed no significant differences. By stage 4, mean percent work fatigue showed 20.6±9% with BR and 21.8±10.1% with PL (p= 0.224). Stage 10 was as follows: BR 52.5±12.6% vs. PL 53.2±13% (p= 0.571). Post-exercise diastolic BP (BR: 67.2±9.8 vs. PL: 64.5±7.9mmHg, p= 0.039) and MAP (BR: 91.6±9.3 vs. PL: 88.8±8.2mmHg, p= 0.011) were higher with BR supplementation. Acute bouts of beetroot juice supplementation had no significant effect on knee extensor muscle fatigue measured during isokinetic contractions

Esta dissertação apresenta um estudo da caracterização numérica do comportamento mecânico de um músculo esquelético estriado sujeito à combinação de diferentes contrações. A partir dos mecânismos fisiológicos da contração do tecido muscular esquelético, são apresentadas as principais características da produção de força do músculo em diferentes tipos de contrações (isométrica, concêntrica, excêntrica) e suas combinações. A representação numérica da resposta mecânica do músculo esquelético foi investigada por diferentes autores. Dos diversos modelos encontrados na literatura, alguns foram escolhidos para a continuidade deste estudo, segundo sua capacidade representativa e facilidade de implementação em métodos numéricos de solução para grandes deformações. Os modelos disponíveis na literatura foram implementados e avaliados para diferentes sequências de contrações, sendo também realizado um ajuste de parâmetros para dados experimentais de contrações isométricas e isométricas-excêntricas-isométricas. Nenhuma das propostas avaliadas apresentou resultados satisfatórios. A principal deficiência dos modelos foi a incapacidade de reproduzir a dependência do histórico de carregamentos, ou seja, da combinação de contrações. Desta maneira, uma nova proposta de modelo constitutivo foi desenvolvida e implementada para testes uniaxiais e em um código de elementos finitos para testes tridimensionais. A partir destas implementações, foram executados testes numéricos para diferentes sequências de contrações, avaliando a capacidade representativa do modelo proposto neste trabalho. O modelo proposto apresentou bons resultados para contrações isométricas e a combinação de contrações com diferentes níveis de alongamento, ou encurtamento, a uma mesma velocidade. A principal contribuição deste modelo é a capacidade de representar a resposta associada à fadiga muscular e o ganho, ou perda de força, observados experimentalmente. / This work present a striated skeletal muscle numerical characterization subjected to different contractions. From the physiological contraction mechanism of the skeletal muscle tissue the force produced in different kinds of contraction (isometric, concentric and eccentric), and their combination, are presented. The numerical representation of these response was investigated by different authors. From the diverse models found in literature, some were selected to be studied according to their representation capability and the implementation ease in numerical methods for large strains. The models available in literature were implemented and evaluated for different contractions combinations and a parameter identification for experimental results of two isometric contraction and a isometric-eccentric-isometric contraction. None of the proposed models presented satisfactory results. The main deficiency of these models were the incapability of reproducing the loading history dependence, in other words, the contraction combination. In this way, a new material model was proposed and implemented to uniaxial and tridimensional finite element method tests. From these, different contractions sequences evaluated the proposed model representation capabilities. The proposed model present good results to isometric contraction, as well as contraction combination with different stretch, or shortening, level in the same speed. The main contribution of this model is the capability of represent the the response associated to the muscle fatigue and the force gain or loss, experimentally observed.

Esta dissertação apresenta um estudo da caracterização numérica do comportamento mecânico de um músculo esquelético estriado sujeito à combinação de diferentes contrações. A partir dos mecânismos fisiológicos da contração do tecido muscular esquelético, são apresentadas as principais características da produção de força do músculo em diferentes tipos de contrações (isométrica, concêntrica, excêntrica) e suas combinações. A representação numérica da resposta mecânica do músculo esquelético foi investigada por diferentes autores. Dos diversos modelos encontrados na literatura, alguns foram escolhidos para a continuidade deste estudo, segundo sua capacidade representativa e facilidade de implementação em métodos numéricos de solução para grandes deformações. Os modelos disponíveis na literatura foram implementados e avaliados para diferentes sequências de contrações, sendo também realizado um ajuste de parâmetros para dados experimentais de contrações isométricas e isométricas-excêntricas-isométricas. Nenhuma das propostas avaliadas apresentou resultados satisfatórios. A principal deficiência dos modelos foi a incapacidade de reproduzir a dependência do histórico de carregamentos, ou seja, da combinação de contrações. Desta maneira, uma nova proposta de modelo constitutivo foi desenvolvida e implementada para testes uniaxiais e em um código de elementos finitos para testes tridimensionais. A partir destas implementações, foram executados testes numéricos para diferentes sequências de contrações, avaliando a capacidade representativa do modelo proposto neste trabalho. O modelo proposto apresentou bons resultados para contrações isométricas e a combinação de contrações com diferentes níveis de alongamento, ou encurtamento, a uma mesma velocidade. A principal contribuição deste modelo é a capacidade de representar a resposta associada à fadiga muscular e o ganho, ou perda de força, observados experimentalmente. / This work present a striated skeletal muscle numerical characterization subjected to different contractions. From the physiological contraction mechanism of the skeletal muscle tissue the force produced in different kinds of contraction (isometric, concentric and eccentric), and their combination, are presented. The numerical representation of these response was investigated by different authors. From the diverse models found in literature, some were selected to be studied according to their representation capability and the implementation ease in numerical methods for large strains. The models available in literature were implemented and evaluated for different contractions combinations and a parameter identification for experimental results of two isometric contraction and a isometric-eccentric-isometric contraction. None of the proposed models presented satisfactory results. The main deficiency of these models were the incapability of reproducing the loading history dependence, in other words, the contraction combination. In this way, a new material model was proposed and implemented to uniaxial and tridimensional finite element method tests. From these, different contractions sequences evaluated the proposed model representation capabilities. The proposed model present good results to isometric contraction, as well as contraction combination with different stretch, or shortening, level in the same speed. The main contribution of this model is the capability of represent the the response associated to the muscle fatigue and the force gain or loss, experimentally observed.

Esta dissertação apresenta um estudo da caracterização numérica do comportamento mecânico de um músculo esquelético estriado sujeito à combinação de diferentes contrações. A partir dos mecânismos fisiológicos da contração do tecido muscular esquelético, são apresentadas as principais características da produção de força do músculo em diferentes tipos de contrações (isométrica, concêntrica, excêntrica) e suas combinações. A representação numérica da resposta mecânica do músculo esquelético foi investigada por diferentes autores. Dos diversos modelos encontrados na literatura, alguns foram escolhidos para a continuidade deste estudo, segundo sua capacidade representativa e facilidade de implementação em métodos numéricos de solução para grandes deformações. Os modelos disponíveis na literatura foram implementados e avaliados para diferentes sequências de contrações, sendo também realizado um ajuste de parâmetros para dados experimentais de contrações isométricas e isométricas-excêntricas-isométricas. Nenhuma das propostas avaliadas apresentou resultados satisfatórios. A principal deficiência dos modelos foi a incapacidade de reproduzir a dependência do histórico de carregamentos, ou seja, da combinação de contrações. Desta maneira, uma nova proposta de modelo constitutivo foi desenvolvida e implementada para testes uniaxiais e em um código de elementos finitos para testes tridimensionais. A partir destas implementações, foram executados testes numéricos para diferentes sequências de contrações, avaliando a capacidade representativa do modelo proposto neste trabalho. O modelo proposto apresentou bons resultados para contrações isométricas e a combinação de contrações com diferentes níveis de alongamento, ou encurtamento, a uma mesma velocidade. A principal contribuição deste modelo é a capacidade de representar a resposta associada à fadiga muscular e o ganho, ou perda de força, observados experimentalmente. / This work present a striated skeletal muscle numerical characterization subjected to different contractions. From the physiological contraction mechanism of the skeletal muscle tissue the force produced in different kinds of contraction (isometric, concentric and eccentric), and their combination, are presented. The numerical representation of these response was investigated by different authors. From the diverse models found in literature, some were selected to be studied according to their representation capability and the implementation ease in numerical methods for large strains. The models available in literature were implemented and evaluated for different contractions combinations and a parameter identification for experimental results of two isometric contraction and a isometric-eccentric-isometric contraction. None of the proposed models presented satisfactory results. The main deficiency of these models were the incapability of reproducing the loading history dependence, in other words, the contraction combination. In this way, a new material model was proposed and implemented to uniaxial and tridimensional finite element method tests. From these, different contractions sequences evaluated the proposed model representation capabilities. The proposed model present good results to isometric contraction, as well as contraction combination with different stretch, or shortening, level in the same speed. The main contribution of this model is the capability of represent the the response associated to the muscle fatigue and the force gain or loss, experimentally observed.

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No. of bitstreams: 1 DissJPF.pdf: 6779665 bytes, checksum: 3ac5f7c32c06f0d6fc7fe8b5f43a53e9 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Contextualization: The Diabetes Mellitus (DM) is an epidemic disease in the world and stay associated with right index of morbidity and mortality and about 90% of cases of DM are type 2 (DM2). DM2 develop by inflammatory mechanisms carrying the insulin resistance and consecutively blond hyperglycemia. Believes that in chronic stages the diabetes causes musculoskeletal dysfunctions can be related to inflammatory and metabolic alterations of the DM2 or with diabetic polyneuropathy. Some studies identified the musculoskeletal alteration in diabetic subjects. However not is clearly if the polyneuropathy cause muscle alteration proportionality sensitive alterations. Also weren’t observed studies that analyzed the torque in subjects with DM2, considering others factors that could influence the muscle torque production and also not were observed studies analyzing the torque in diabetic subjects during different types of contractions (concentric, eccentric and isometric). Objectives: The aim of the present study were analyze the torque at concentric eccentric and isometric muscle contractions in diabetic subject with and without polyneuropathy comparing with a control groups. Methods: The peak torques of flexion and extension were acquired using an isokinetic dynamometer, in sitting position. During concentric and eccentric contractions, the joint speed was set at 60°/s. Five maximal voluntary contractions were acquired for concentric and eccentric and 2 for isometric, with a rest interval of 1.5 minutes. The sequence of the tests was randomized and verbal and visual feedback were standardized and delivered to all subjects by the same person. Three groups of adult males were selected for this study (1) Control group (healthy non-diabetic patients, n=33), (2) Diabetic group (patients with diabetes mellitus without polyneuropathy, n=31), (3) Neuropathic group (patients with diabetic polyneuropathy, n=28). The Neuropathic group was defined according to a fuzzy model of signs and symptoms. Differences between groups were calculated with one way ANOVA for parametric knee variables (α of 5%) and Mann Whitney and Willcoxon for non-parametric ankle variables (adjusted α of 1.6%). To describe effect sizes, Hedges’ g was calculated. Results: Irrespective of polyneuropathy, both diabetic groups presented lower peak torques of knee and ankle, both for isometric contraction and for concentric flexion and extension. Other factors beside the polyneuropathy and early in the diabetes onset, may be influencing in the muscle strength production. The eccentric contraction was not different between any groups. / Contextualização: A Diabetes Mellitus (DM) se tornou uma doença epidêmica em todo mundo, e também está associada a altos índices de morbidade e mortalidade. Cerca de 90% dos casos são de DM do tipo 2, que desenvolve por meio de mecanismos inflamatórios que levam à resistência à insulina e consecutivamente à hiperglicemia sanguínea. Acredita-se que em estágios avançados a DM2 cause disfunções musculoesqueléticas, que podem estar relacionadas às alterações inflamatórias e metabólicas dessa doença ou à polineuropatia diabética (PND). Alguns estudos já identificaram alterações musculoesqueléticas em diabéticos. No entanto, ainda não está claro, se a polineuropatia acomete o sistema musculoesquelético, na mesma proporção que o sistema sensorial é acometido. Também não se observa na literatura, estudos que tenham analisado o torque de DM2, considerando outros fatores que podem influenciar a produção de torque e estudos que tenham analisado o torque nos três tipos de contrações (concêntrica, excêntrica e isométrica). Objetivo: O objetivo do presente estudo foi analisar o torque nas contrações concêntrica, excêntrica e isométrica em indivíduos com DM2, com e sem polineuropatia, comparados a um grupo controle sem DM. Métodos: Foram analisados três grupos de homens adultos (total 92), similares na distribuição de sexo, idade e características antropométricas: Controles não diabéticos (n=33); DM2 (n=31); PND (n=28). A PND foi avaliada por meio de um modelo Fuzzy. O pico de torque nas contrações concêntrica, excêntrica e isométrica foi avaliado com um dinamômetro isocinético de cadeira durante a flexão e extensão do joelho e dorsiflexão e flexão plantar do tornozelo. As diferenças entre os grupos foram calculadas com ANOVA one way, para as variáveis paramétricas de joelho (α of 5%) e Mann Whitney e Willcoxon para dados não paramétricos das variáveis do tornozelo (α ajustado de 1.6%). O tamanho de efeito foi calculado usando Hedges’ g. Resultados: Independente da polineuropatia, ambos os grupos diabéticos apresentaram menor torque concêntrico e isométrico de joelho e tornozelo, comparados aos Controles, mas sem diferença entre si. Para o torque excêntrico não houve diferença entre os três grupos em todos os movimentos e articulações avaliadas. Conclusão: A diminuição do torque concêntrico e isométrico em DM2 ocorre mesmo antes da instalação da PND, em tornozelo e joelho, enquanto o torque excêntrico permanece preservado nesses movimentos em diabéticos, independentemente da PND. Observa-se acometimento proximal e distal, com tamanhos de efeito maiores para os movimentos do joelho.

Les patients atteints de sclérose en plaques présentent une majoration de la fatigue perçue et de la fatigabilité. Mais à l’heure actuelle, la fatigabilité chez les patients atteints de sclérose en plaques a été peu étudiée ; son rôle comme facteur limitant des capacités fonctionnelles, ses spécificités par rapport aux sujets sains ou encore sa réponse à des programmes de rééducation restent des questions en suspens. De plus, la fatigabilité a été principalement étudiée lors de contractions isométriques maintenues qui sont peu représentatives des activités de la vie quotidienne des patients, au cours desquelles une part importante des contractions des extenseurs du genou est réalisée en dynamique, en particulier, durant la locomotion.L’objectif de ce travail était de caractériser la fatigue et la fatigabilité des patients atteints de SEP au cours de contractions maximales volontaires isocinétiques concentriques, de connaitre les liens avec les performances locomotrices et d’explorer leurs adaptations à un programme de rééducation combiné. Pour répondre à cet objectif, une évaluation isocinétique associée à une analyse électromyographique lors d’une tâche fatigante de 50 contractions isocinétiques concentriques a été menée.L’originalité de ce travail repose sur l’analyse de la fatigabilité lors d’une tâche concentrique mettant ainsi en évidence le phénomène de tâche dépendance des mécanismes impliqués dans la fatigabilité puisque les résultats vont à l’encontre des précédentes études, réalisées au cours de contractions isométriques, chez les patients atteints de SEP. En effet, nous avons mis en évidence une moindre fatigabilité des patients atteints de SEP par rapport aux sujets sains. La baisse de la performance est expliquée dans les deux populations par une baisse de l’efficacité neuromusculaire sans modification des coactivations. Les résultats ont également souligné l’absence de lien entre la fatigue, la fatigabilité et les performances locomotrices. Par ailleurs, la fatigue est significativement diminuée suite à un programme de rééducation combiné alors que la fatigabilité est augmentée, résultat d’un gain de force à l’état de base sans modification de la force en situation de fatigue. Ce travail est une étape qui met en évidence la nécessité de standardiser les évaluations de la fatigabilité et d’élaborer des protocoles de rééducation visant à diminuer la fatigabilité chez les patients atteints de SEP. / Patients with multiple sclerosis manifest a higher level of perceived fatigue and fatigability. But so far, fatigability in patients with multiple sclerosis has been little studied, its role as a limiting factor of functional abilities, its specificities in comparison with healthy people and also its adaptations to rehabilitation remain unresolved issues. Furthermore, fatigability has been mainly studied during sustained isometric contractions that are unrepresentative of patients’ daily life activities during which a large part of the knee extensor muscles contractions are performed during dynamic contractions, particularly during locomotion. The aim of this study was to characterize fatigue and fatigability of patients with multiple sclerosis during maximal isokinetic concentric voluntary contractions: to explore the relationship with locomotor performance and their adaptations to a rehabilitation combined program. To that aim, an isokinetic assessment associated with an electromyographic analysis was carried out during a fatiguing task of 50 concentric contractions. The originality of this research is based on the analysis of fatigability during concentric contractions that highlights the task dependency of the mechanisms involved in fatigability since the results refute previous studies performed with sustained contractions. Indeed, we showed a lower fatigability in patients with multiple sclerosis compared to healthy subjects. The decrease in performance was explained in the two populations by a decrease of neuromuscular efficiency without change in coactivations. The results highlighted a lack of relationship between fatigue, fatigability and locomotor performance. Furthermore, after a combined rehabilitation program, fatigue was significantly reduced while fatigability was increased, resulting both from a gain of strength in baseline state and a lack of change of strength in fatigued state. This research is a step that highlights the need to standardize fatigability assessments and develop rehabilitation program to reduce fatigability in patients with multiple sclerosis.