Ulm, Univ., Diss., 2009.

The global intent of this research was to confirm the validity of the interpolated twitch technique (ITT) to voluntary torque model (first study) and then to utilize this technique in developing definitive criterion measures enhancing the study of training strategies on central fatigue (second study) and velocity specific (third study) voluntary activation (VA) and force production outcomes. The first study assessed the contribution of non-stimulated synergists to the non-linearity of the ITT voluntary torque relationship for elbow flexion contraction. Since multiple synergist stimulation was found not to significantly improve the ITT to voluntary torque relationship, follow-up pilot work was conducted in which the quadriceps femoris was identified as a valid ITT test model muscle. The first training study investigated the effects of high volume, maximum voluntary isometric contraction (MVIC) resistance training of the quadriceps femoris on MVIC levels of force and VA prior to, during, and recovery from a standardized fatigue test protocol. Results showed significant increases in pre-fatigue MVIC VA and force, increases in resistance to early fatigue, but also increased overall rate of fatigue resulting in non-significant changes in total force volume and endurance time. Post-fatigue analysis showed significant training increases in rate and level of recovery for both MVIC VA and force production. The second training study investigated the effects of high resistance ramp versus ballistic type MVIC strength training of the quadriceps femoris on central adaptations in submaximal and maximal levels of MVIC VA and force production. Results showed similar ramp and ballistic group training increases in MVIC force and VA on both ramp and ballistic tests. Ballistic group, ballistic test change scores were significant but not for the ramp test, suggesting ballistic group test-training specificity. The ballistic group showed significant force increases on the submaximal 150ms ballistic test, while the ramp group showed non-significant training changes, further supporting test-training specificity for the ballistic group. Results support utility of the ITT and provide valuable information with regard to training and test-training specificity considerations.

O exercício excêntrico é utilizado como uma estratégia de treinamento de força em atletas e sujeitos saudáveis de diferentes faixas etárias. Esse tipo de exercício também é largamente difundido na área da reabilitação musculoesquelética, sendo o quadríceps femoral o músculo mais frequentemente investigado devido à sua relevância clínica. O tema dessa tese de Doutorado é a adaptação do sistema neuromuscular ao treinamento excêntrico de extensores de joelho. No Capítulo I, um estudo de revisão procurou descrever os diferentes métodos empregados pelos cientistas para o treinamento excêntrico de extensores de joelho, assim como avaliar as adaptações neurais, morfológicas e na produção de força muscular de sujeitos saudáveis. Após busca sistematizada nas bases de dados, 26 estudos foram incorporados ao nosso estudo de revisão. Os programas de treinamento excêntrico realizados em dinamômetro isocinético e em equipamentos isotônicos (leg-press e cadeira extensora de joelho) foram descritos e discutidos. Os resultados desses estudos indicam um efeito positivo do treinamento excêntrico sobre a força e a ativação muscular, especialmente em testes excêntricos, assim como uma significativa resposta hipertrófica. Porém, resultados conflitantes e lacunas identificadas na literatura incentivaram a realização de dois estudos originais para verificar: (1) o comportamento temporal das adaptações neurais e morfológicas ao treinamento excêntrico de extensores de joelho e suas contribuições para os ganhos de força (Capítulo II); e (2) as adaptações específicas de músculos sinergistas da extensão de joelho: reto femoral (RF) e vasto lateral (VL) (Capítulo III). Vinte homens saudáveis realizaram um período controle de quatro semanas sem treinamento, seguido por um programa de 12 semanas de treinamento excêntrico em dinamômetro isocinético. Avaliações de torque, eletromiografia e ultrassonografia de extensores de joelho foram realizadas a cada quatro semanas. Um maior ganho de força foi verificado nos testes excêntricos, seguido pelos testes isométricos e concêntricos. A ativação muscular nos testes excêntricos e isométricos aumentou após quatro e oito semanas de treinamento, respectivamente, ao passo que os testes concêntricos não apresentaram alteração da atividade eletromiográfica. Os valores de espessura muscular, área de secção transversa anatômica e comprimento de fascículo aumentaram após quatro e oito semanas de treinamento, mas não modificaram entre a oitava e a 12ª semana de intervenção. As adaptações na geometria fascicular dos músculos RF e VL foram semelhantes ao longo do programa de treinamento. Nossos achados sugerem que: (1) existe um forte efeito da especificidade do exercício excêntrico sobre os aumentos de força e ativação muscular; (2) os ganhos de força excêntrica e isométrica até a oitava semana de treinamento estão relacionados a adaptações neurais e morfológicas mensuráveis, enquanto outros mecanismos podem estar relacionados aos ganhos nas quatro últimas semanas de intervenção; (3) o ganho de força concêntrica não é afetado por adaptações neurais; (4) o treinamento excêntrico aumenta o comprimento, mas não o ângulo de penação fascicular; (5) as adaptações na arquitetura muscular podem ocorrer nas primeiras semanas de treinamento; e (6) apesar das diferenças estruturais e funcionais, RF e VL apresentam índices semelhantes de adaptação. / Eccentric exercise is used as a strategy for strength training in athletes and healthy subjects with different ages. This type of exercise is also frequently used in musculoskeletal rehabilitation, and the quadriceps femoris is the most frequently investigated muscle due its clinical relevance. The theme of this PhD thesis is the adaptation of the neuromuscular system to knee extensor eccentric training. In Chapter I, a review study aimed at describing the different methods employed by scientists for knee extensor eccentric training, as well as for evaluating the neural, morphological and muscular strength adaptations in healthy subjects. After a systematized search in related data bases, 26 studies were incorporated to our review study. Eccentric training programs performed in isokinetic dynamometers and isotonic devices (leg-press and knee extension chair) were described and discussed. Results from these studies indicate a positive effect of eccentric training on muscle strength and activation, especially in eccentric tests, as well as a significant hypertrophic response. However, conflicting results and gaps observed in the literature encouraged us to perform two original studies to verify: (1) the time course of neural and morphological adaptations to knee extensor eccentric training and their contribution to strength gains (Chapter II); and (2) the specific adaptive responses from synergistic knee extensor muscles: rectus femoris (RF) and vastus lateralis (VL) (Chapter III). Twenty healthy men performed a four-week control period without training, followed by a 12-week eccentric training on an isokinetic dynamometer. Knee extensor evaluations of torque, electromyography and ultrasonography were made every four weeks. A higher strength increase was observed in eccentric tests, followed by isometric and concentric tests. Muscle activation in eccentric and isometric tests increased after four and eight weeks of training, respectively, while the concentric tests presented no change in the electromyographic activity. Muscle thickness, anatomical cross-sectional area and fascicle length values increased after four and eight weeks of training, but did not change between the eighth and twelfth intervention week. Adaptations in RF and VL fascicular geometry were similar throughout the training program. Our findings suggest that: (1) there is a strong specificity effect of eccentric exercise on increases in muscle strength and activation; (2) eccentric and isometric strength gains up to the eighth week of training are related to measurable neural and morphological adaptations, while other mechanisms may be related to strength increase in the last four weeks of intervention; (3) concentric strength gain is not affected by neural adaptations; (4) eccentric training increases fascicle length, but not pennation angle; (5) muscle architecture adaptations may occur in the first weeks of training; and (6) despite the structural and functional differences, RF and VL present similar adaptation levels.

O exercício excêntrico é utilizado como uma estratégia de treinamento de força em atletas e sujeitos saudáveis de diferentes faixas etárias. Esse tipo de exercício também é largamente difundido na área da reabilitação musculoesquelética, sendo o quadríceps femoral o músculo mais frequentemente investigado devido à sua relevância clínica. O tema dessa tese de Doutorado é a adaptação do sistema neuromuscular ao treinamento excêntrico de extensores de joelho. No Capítulo I, um estudo de revisão procurou descrever os diferentes métodos empregados pelos cientistas para o treinamento excêntrico de extensores de joelho, assim como avaliar as adaptações neurais, morfológicas e na produção de força muscular de sujeitos saudáveis. Após busca sistematizada nas bases de dados, 26 estudos foram incorporados ao nosso estudo de revisão. Os programas de treinamento excêntrico realizados em dinamômetro isocinético e em equipamentos isotônicos (leg-press e cadeira extensora de joelho) foram descritos e discutidos. Os resultados desses estudos indicam um efeito positivo do treinamento excêntrico sobre a força e a ativação muscular, especialmente em testes excêntricos, assim como uma significativa resposta hipertrófica. Porém, resultados conflitantes e lacunas identificadas na literatura incentivaram a realização de dois estudos originais para verificar: (1) o comportamento temporal das adaptações neurais e morfológicas ao treinamento excêntrico de extensores de joelho e suas contribuições para os ganhos de força (Capítulo II); e (2) as adaptações específicas de músculos sinergistas da extensão de joelho: reto femoral (RF) e vasto lateral (VL) (Capítulo III). Vinte homens saudáveis realizaram um período controle de quatro semanas sem treinamento, seguido por um programa de 12 semanas de treinamento excêntrico em dinamômetro isocinético. Avaliações de torque, eletromiografia e ultrassonografia de extensores de joelho foram realizadas a cada quatro semanas. Um maior ganho de força foi verificado nos testes excêntricos, seguido pelos testes isométricos e concêntricos. A ativação muscular nos testes excêntricos e isométricos aumentou após quatro e oito semanas de treinamento, respectivamente, ao passo que os testes concêntricos não apresentaram alteração da atividade eletromiográfica. Os valores de espessura muscular, área de secção transversa anatômica e comprimento de fascículo aumentaram após quatro e oito semanas de treinamento, mas não modificaram entre a oitava e a 12ª semana de intervenção. As adaptações na geometria fascicular dos músculos RF e VL foram semelhantes ao longo do programa de treinamento. Nossos achados sugerem que: (1) existe um forte efeito da especificidade do exercício excêntrico sobre os aumentos de força e ativação muscular; (2) os ganhos de força excêntrica e isométrica até a oitava semana de treinamento estão relacionados a adaptações neurais e morfológicas mensuráveis, enquanto outros mecanismos podem estar relacionados aos ganhos nas quatro últimas semanas de intervenção; (3) o ganho de força concêntrica não é afetado por adaptações neurais; (4) o treinamento excêntrico aumenta o comprimento, mas não o ângulo de penação fascicular; (5) as adaptações na arquitetura muscular podem ocorrer nas primeiras semanas de treinamento; e (6) apesar das diferenças estruturais e funcionais, RF e VL apresentam índices semelhantes de adaptação. / Eccentric exercise is used as a strategy for strength training in athletes and healthy subjects with different ages. This type of exercise is also frequently used in musculoskeletal rehabilitation, and the quadriceps femoris is the most frequently investigated muscle due its clinical relevance. The theme of this PhD thesis is the adaptation of the neuromuscular system to knee extensor eccentric training. In Chapter I, a review study aimed at describing the different methods employed by scientists for knee extensor eccentric training, as well as for evaluating the neural, morphological and muscular strength adaptations in healthy subjects. After a systematized search in related data bases, 26 studies were incorporated to our review study. Eccentric training programs performed in isokinetic dynamometers and isotonic devices (leg-press and knee extension chair) were described and discussed. Results from these studies indicate a positive effect of eccentric training on muscle strength and activation, especially in eccentric tests, as well as a significant hypertrophic response. However, conflicting results and gaps observed in the literature encouraged us to perform two original studies to verify: (1) the time course of neural and morphological adaptations to knee extensor eccentric training and their contribution to strength gains (Chapter II); and (2) the specific adaptive responses from synergistic knee extensor muscles: rectus femoris (RF) and vastus lateralis (VL) (Chapter III). Twenty healthy men performed a four-week control period without training, followed by a 12-week eccentric training on an isokinetic dynamometer. Knee extensor evaluations of torque, electromyography and ultrasonography were made every four weeks. A higher strength increase was observed in eccentric tests, followed by isometric and concentric tests. Muscle activation in eccentric and isometric tests increased after four and eight weeks of training, respectively, while the concentric tests presented no change in the electromyographic activity. Muscle thickness, anatomical cross-sectional area and fascicle length values increased after four and eight weeks of training, but did not change between the eighth and twelfth intervention week. Adaptations in RF and VL fascicular geometry were similar throughout the training program. Our findings suggest that: (1) there is a strong specificity effect of eccentric exercise on increases in muscle strength and activation; (2) eccentric and isometric strength gains up to the eighth week of training are related to measurable neural and morphological adaptations, while other mechanisms may be related to strength increase in the last four weeks of intervention; (3) concentric strength gain is not affected by neural adaptations; (4) eccentric training increases fascicle length, but not pennation angle; (5) muscle architecture adaptations may occur in the first weeks of training; and (6) despite the structural and functional differences, RF and VL present similar adaptation levels.

O exercício excêntrico é utilizado como uma estratégia de treinamento de força em atletas e sujeitos saudáveis de diferentes faixas etárias. Esse tipo de exercício também é largamente difundido na área da reabilitação musculoesquelética, sendo o quadríceps femoral o músculo mais frequentemente investigado devido à sua relevância clínica. O tema dessa tese de Doutorado é a adaptação do sistema neuromuscular ao treinamento excêntrico de extensores de joelho. No Capítulo I, um estudo de revisão procurou descrever os diferentes métodos empregados pelos cientistas para o treinamento excêntrico de extensores de joelho, assim como avaliar as adaptações neurais, morfológicas e na produção de força muscular de sujeitos saudáveis. Após busca sistematizada nas bases de dados, 26 estudos foram incorporados ao nosso estudo de revisão. Os programas de treinamento excêntrico realizados em dinamômetro isocinético e em equipamentos isotônicos (leg-press e cadeira extensora de joelho) foram descritos e discutidos. Os resultados desses estudos indicam um efeito positivo do treinamento excêntrico sobre a força e a ativação muscular, especialmente em testes excêntricos, assim como uma significativa resposta hipertrófica. Porém, resultados conflitantes e lacunas identificadas na literatura incentivaram a realização de dois estudos originais para verificar: (1) o comportamento temporal das adaptações neurais e morfológicas ao treinamento excêntrico de extensores de joelho e suas contribuições para os ganhos de força (Capítulo II); e (2) as adaptações específicas de músculos sinergistas da extensão de joelho: reto femoral (RF) e vasto lateral (VL) (Capítulo III). Vinte homens saudáveis realizaram um período controle de quatro semanas sem treinamento, seguido por um programa de 12 semanas de treinamento excêntrico em dinamômetro isocinético. Avaliações de torque, eletromiografia e ultrassonografia de extensores de joelho foram realizadas a cada quatro semanas. Um maior ganho de força foi verificado nos testes excêntricos, seguido pelos testes isométricos e concêntricos. A ativação muscular nos testes excêntricos e isométricos aumentou após quatro e oito semanas de treinamento, respectivamente, ao passo que os testes concêntricos não apresentaram alteração da atividade eletromiográfica. Os valores de espessura muscular, área de secção transversa anatômica e comprimento de fascículo aumentaram após quatro e oito semanas de treinamento, mas não modificaram entre a oitava e a 12ª semana de intervenção. As adaptações na geometria fascicular dos músculos RF e VL foram semelhantes ao longo do programa de treinamento. Nossos achados sugerem que: (1) existe um forte efeito da especificidade do exercício excêntrico sobre os aumentos de força e ativação muscular; (2) os ganhos de força excêntrica e isométrica até a oitava semana de treinamento estão relacionados a adaptações neurais e morfológicas mensuráveis, enquanto outros mecanismos podem estar relacionados aos ganhos nas quatro últimas semanas de intervenção; (3) o ganho de força concêntrica não é afetado por adaptações neurais; (4) o treinamento excêntrico aumenta o comprimento, mas não o ângulo de penação fascicular; (5) as adaptações na arquitetura muscular podem ocorrer nas primeiras semanas de treinamento; e (6) apesar das diferenças estruturais e funcionais, RF e VL apresentam índices semelhantes de adaptação. / Eccentric exercise is used as a strategy for strength training in athletes and healthy subjects with different ages. This type of exercise is also frequently used in musculoskeletal rehabilitation, and the quadriceps femoris is the most frequently investigated muscle due its clinical relevance. The theme of this PhD thesis is the adaptation of the neuromuscular system to knee extensor eccentric training. In Chapter I, a review study aimed at describing the different methods employed by scientists for knee extensor eccentric training, as well as for evaluating the neural, morphological and muscular strength adaptations in healthy subjects. After a systematized search in related data bases, 26 studies were incorporated to our review study. Eccentric training programs performed in isokinetic dynamometers and isotonic devices (leg-press and knee extension chair) were described and discussed. Results from these studies indicate a positive effect of eccentric training on muscle strength and activation, especially in eccentric tests, as well as a significant hypertrophic response. However, conflicting results and gaps observed in the literature encouraged us to perform two original studies to verify: (1) the time course of neural and morphological adaptations to knee extensor eccentric training and their contribution to strength gains (Chapter II); and (2) the specific adaptive responses from synergistic knee extensor muscles: rectus femoris (RF) and vastus lateralis (VL) (Chapter III). Twenty healthy men performed a four-week control period without training, followed by a 12-week eccentric training on an isokinetic dynamometer. Knee extensor evaluations of torque, electromyography and ultrasonography were made every four weeks. A higher strength increase was observed in eccentric tests, followed by isometric and concentric tests. Muscle activation in eccentric and isometric tests increased after four and eight weeks of training, respectively, while the concentric tests presented no change in the electromyographic activity. Muscle thickness, anatomical cross-sectional area and fascicle length values increased after four and eight weeks of training, but did not change between the eighth and twelfth intervention week. Adaptations in RF and VL fascicular geometry were similar throughout the training program. Our findings suggest that: (1) there is a strong specificity effect of eccentric exercise on increases in muscle strength and activation; (2) eccentric and isometric strength gains up to the eighth week of training are related to measurable neural and morphological adaptations, while other mechanisms may be related to strength increase in the last four weeks of intervention; (3) concentric strength gain is not affected by neural adaptations; (4) eccentric training increases fascicle length, but not pennation angle; (5) muscle architecture adaptations may occur in the first weeks of training; and (6) despite the structural and functional differences, RF and VL present similar adaptation levels.

Pagal pasaulinę sveikatos organizaciją, sveikata — tai fizinė, dvasinė ir socialinė gerovė, o ne tik ligos ar negalios nebuvimas. Svarbus sveikatą veikiantis veiksnys yra aplinkos temperatūra. Kiekvieno žmogaus organizmas puikiai geba prisitaikyti prie kintančių aplinkos temperatūros sąlygų, tačiau skirtingi žmonės įvairiai reaguoja į temperatūros pasikeitimus. Padidėjus žmogaus kūno temperatūrai gali įvykti perkaitimas — hipertermija. Probleminis klausimas. Ar dirbtinėmis sąlygomis sukėlus hipertermiją, moterų organizmas adaptuosis prie jos? Ar hipertermija riboja raumens funkcines galimybes atliekant maksimalaus intensyvumo izometrinius pratimus? Tyrimo tikslas buvo įvertinti aklimatizacijos hipertermijai ��taką moterų organizmui. Tyrimo tikslui pasiekti iškelti uždaviniai: 1. Nustatyti hipertermijos poveikį tiriamųjų širdies susitraukimų dažniui bei pulsiniam spaudimui. 2. Nustatyti tiriamųjų rektalinės, odos, bendrą kūno temperatūrų kaitą ir netenkamą kūno svorį sukėlus hipertermiją. 3. Įvertinti tiriamųjų subjektyvų šiluminį pojūtį, šiluminį komfortą bei šiluminį stresą sukėlus hipertermiją. 4. Nustatyti hipertermijos poveikį maksimaliai valingai jėgai ir centriniam nuovargiui, atliekant 2 min. maksimalų izometrinį krūvį. Išanalizavus tyrimo rezultatus nustatyta, kad septynis kartus kas antrą dieną pasyviai šildant kūną, įmerkiant kojas į vandenį, kur vandens temperatūra 44oC, bei taikant maksimalios valingos jėgos 2 minučių krūvį (MVJ-2 min.), organizmo aklimatizacija... [toliau žr. visą tekstą] / According to the world health organization, health is physical, spiritual and social well-being and not just the absence of illness or disability. An important factor that affects health is the environmental temperature. Every person’s body can adapt well to changing environment conditions, however different people react in a variety of ways to changes in temperature. Increase in human body temperature can lead to overheating - hyperthermia. The goal of the research was to evaluate the effect of acclimatization to hyperthermia to the fatigue of skeletal muscles of adult women when performing maximum intensity isometric exercises. Tasks in order to reach the goal of the research: 1. To determine the effect of hyperthermia to the subjects' heart contraction rate and pulse pressure. 2. To determine the variation of the subjects' rectal, skin and general body temperature and body weight loss during induced hyperthermia. 3. To evaluate the subjective heat sensation, heat comfort and heat stress of the subjects during induced hyperthermia. 4. To determine the effect of hyperthermia to maximum volitional strength and central fatigue when performing maximum 2 min. isometric load. After analysing the results of the research it was found that by passively heating the body every two days seven times in total, by immersing feet into water, whose temperature is 44 oC, and by applying maximum volitional strength 2 minute load (MVJ-2 min.), the acclimatisation of the body to... [to full text]

A estimulação elétrica neuromuscular e a laserterapia de baixa potência têm se mostrado isoladamente efetivas no tratamento da osteoartrite de joelho. A estimulação elétrica neuromuscular parece contribuir com a restauração da força e estrutura do músculo quadríceps femoral, enquanto que a laserterapia parece ser efetiva no controle do processo inflamatório e da dor, bem como na regeneração da cartilagem. A hipótese de que a adição da laserterapia à estimulação elétrica neuromuscular poderia reduzir a dor articular associada à inflamação e consequentemente potencializar os efeitos da estimulação elétrica sobre o sistema muscular motivou a realização do presente estudo. O tema da presente tese de Doutorado é o uso combinado da estimulação elétrica neuromuscular e da laserterapia de baixa potência no tratamento da osteoartrite de joelho em idosos: efeitos sobre parâmetros neuromusculares e funcionais. No Capítulo I, um estudo de revisão sistemática classificou os níveis de evidência científica sobre a efetividade da estimulação elétrica neuromuscular no fortalecimento do quadríceps de idosos com osteoartrite de joelho. Após busca sistematizada nas bases de dados, 9 estudos contemplaram os critérios de inclusão e foram incluídos na revisão. Os resultados principais indicam que existe moderada evidência científica a favor do uso da estimulação elétrica neuromuscular sozinha ou combinada com exercício para o fortalecimento muscular isométrico do quadríceps em idosos com OA de joelho. Apesar dos resultados promissores da estimulação elétrica neuromuscular sobre a força, faltam dados na literatura sobre seus efeitos sobre a massa muscular. Além disso, não foram encontrados estudos sobre o potencial do efeito combinado da laserterapia e estimulação elétrica no tratamento da osteoartrite. Para preencher essa lacuna na literatura, dois estudos originais foram desenvolvidos para verificar: (1) a adaptação neuromuscular e funcional dos extensores de joelho de idosos com osteoartrite à estimulação elétrica neuromuscular em combinação à laserterapia de baixa potência (Capítulo II); e (2) as adaptações na arquitetura do principal extensor de joelho e na capacidade funcional de idosos decorrentes do uso combinado da estimulação elétrica neuromuscular e da laserterapia de baixa potência (Capítulo III). Quarenta e cinco idosas com osteoartrite de joelho foram submetidas a um período controle de quatro semanas sem intervenção seguido por um período de oito semanas de intervenção ou com estimulação elétrica neuromuscular, ou com laserterapia ou com estimulação elétrica neuromuscular em adição à laserterapia. Avaliações de torque, eletromiografia, ultrassonografia e testes funcionais foram realizados antes e após o período controle, assim como após de oito semanas de intervenção. Questionário específico sobre a funcionalidade de idosos com osteoartrite foi aplicado antes e depois das intervenções. As três intervenções geraram aumentos no torque, na ativação muscular, bem como melhorias na funcionalidade. Os valores de espessura muscular, área de secção transversa anatômica e ângulo de penação aumentaram após os tratamentos com estimulação elétrica neuromuscular, mas não com laserterapia. Nossos achados sugerem que: (1) a estimulação elétrica sozinha ou combinada à laserterapia é igualmente efetiva para gerar adaptações neuromusculares e funcionais; (2) a estimulação elétrica sozinha ou combinada gera aumentos no ângulo de penação e na espessura muscular, mas não no comprimento fascicular; (3) o ganho de força obtido pela estimulação elétrica é desproporcional aos incrementos neurais e morfológicos; (4) a laserterapia sozinha é capaz de melhorar a funcionalidade do idoso provavelmente por meio da redução da dor e do aumento da ativação muscular; (5) o uso de programa de estimulação elétrica neuromuscular com intensidades e volumes progressivos é efetivo na promoção da hipertrofia muscular; (6) a laserterapia não potencializa os efeitos da estimulação elétrica neuromuscular sobre os parâmetros neuromusculares e funcionais. / Neuromuscular electrical stimulation alone and low-level laser therapy alone have been effective in the treatment of knee osteoarthritis. Neuromuscular electrical stimulation seems to contribute to the reestablishment of strength and structure in the quadriceps muscle, whereas low-level laser therapy seems to contribute to the reduction of the pain and of the inflammatory process and to the promotion of cartilage regeneration. The hypothesis that the association of low-level laser therapy with neuromuscular electrical stimulation could reduce joint pain associated with the inflammation and consequently potentiates the effects of electrical stimulation on the muscular system motivated the present study. The theme of this PhD thesis is the combined use of neuromuscular electrical stimulation and low-level laser therapy in the treatment of knee osteoarthritis in the elderly: effects on neuromuscular and functional parameters. In Chapter I, a systematic review rated levels of scientific evidence on the effectiveness of neuromuscular electrical stimulation on quadriceps strengthening in elderly with knee osteoarthritis. After systematic search in databases, 9 studies contemplated the inclusion criteria and were included in the review. The main results indicate that there is moderate scientific evidence in favour the use of neuromuscular electrical stimulation alone or combined with exercise to strengthen the quadriceps muscle in elderly with knee osteoarthritis. Despite the promising results of neuromuscular electrical stimulation on strength, data are lacking in the literature about its effects on muscle mass. Moreover, no studies were found on the potential effect of the combination of low-level laser therapy and neuromuscular electrical stimulation in the treatment of osteoarthritis. To fill this gap, two original studies were developed to verify: (1) neuromuscular and functional adaptation of knee extensors in elderly patients with osteoarthritis to neuromuscular electrical stimulation in combination with low-level laser therapy (Chapter II); and (2) the changes in the architecture of the vastus lateralis muscle and in the functional ability of elderly patients with osteoarthritis to the combined use of neuromuscular electrical stimulation and low-level laser therapy (Chapter III). Forty-five elderly female individuals with knee osteoarthritis were submitted to a four-week control period with no intervention followed by an eight-week period of intervention with neuromuscular electrical stimulation, low-level laser therapy, or neuromuscular electrical stimulation in combination with low-level laser therapy. Knee extensor evaluations of torque, electromyography, ultrasonography and functional tests were performed before and after the control period as well as after eight weeks of intervention. Questionnaire regarding the functionality of elderly patients with osteoarthritis was applied before and after interventions. The three interventions generated increases in torque, muscle activation, as well as improvements in functionality. The values of muscle thickness, anatomical cross-sectional area and pennation angle increased after treatment with neuromuscular electrical stimulation, but not with low-level laser therapy. Our findings suggest that: (1) electrical stimulation alone or combined with laser therapy is equally effective to generate neuromuscular and functional adaptations; (2) electrical stimulation alone or combined with laser therapy increases pennation angle and muscle thickness, but not fascicle length; (3) gain strength obtained by the electrical stimulation is disproportionate to increases in neural and morphological parameters; (4) low-level laser therapy alone is able to improve the elderly functionality; (5) the use of neuromuscular electrical stimulation with increasing intensities and progressive volumes is effective in promoting muscle hypertrophy; (6) low-level laser therapy does not potentiate the effects of neuromuscular electrical stimulation on neuromuscular and functional parameters.

A estimulação elétrica neuromuscular e a laserterapia de baixa potência têm se mostrado isoladamente efetivas no tratamento da osteoartrite de joelho. A estimulação elétrica neuromuscular parece contribuir com a restauração da força e estrutura do músculo quadríceps femoral, enquanto que a laserterapia parece ser efetiva no controle do processo inflamatório e da dor, bem como na regeneração da cartilagem. A hipótese de que a adição da laserterapia à estimulação elétrica neuromuscular poderia reduzir a dor articular associada à inflamação e consequentemente potencializar os efeitos da estimulação elétrica sobre o sistema muscular motivou a realização do presente estudo. O tema da presente tese de Doutorado é o uso combinado da estimulação elétrica neuromuscular e da laserterapia de baixa potência no tratamento da osteoartrite de joelho em idosos: efeitos sobre parâmetros neuromusculares e funcionais. No Capítulo I, um estudo de revisão sistemática classificou os níveis de evidência científica sobre a efetividade da estimulação elétrica neuromuscular no fortalecimento do quadríceps de idosos com osteoartrite de joelho. Após busca sistematizada nas bases de dados, 9 estudos contemplaram os critérios de inclusão e foram incluídos na revisão. Os resultados principais indicam que existe moderada evidência científica a favor do uso da estimulação elétrica neuromuscular sozinha ou combinada com exercício para o fortalecimento muscular isométrico do quadríceps em idosos com OA de joelho. Apesar dos resultados promissores da estimulação elétrica neuromuscular sobre a força, faltam dados na literatura sobre seus efeitos sobre a massa muscular. Além disso, não foram encontrados estudos sobre o potencial do efeito combinado da laserterapia e estimulação elétrica no tratamento da osteoartrite. Para preencher essa lacuna na literatura, dois estudos originais foram desenvolvidos para verificar: (1) a adaptação neuromuscular e funcional dos extensores de joelho de idosos com osteoartrite à estimulação elétrica neuromuscular em combinação à laserterapia de baixa potência (Capítulo II); e (2) as adaptações na arquitetura do principal extensor de joelho e na capacidade funcional de idosos decorrentes do uso combinado da estimulação elétrica neuromuscular e da laserterapia de baixa potência (Capítulo III). Quarenta e cinco idosas com osteoartrite de joelho foram submetidas a um período controle de quatro semanas sem intervenção seguido por um período de oito semanas de intervenção ou com estimulação elétrica neuromuscular, ou com laserterapia ou com estimulação elétrica neuromuscular em adição à laserterapia. Avaliações de torque, eletromiografia, ultrassonografia e testes funcionais foram realizados antes e após o período controle, assim como após de oito semanas de intervenção. Questionário específico sobre a funcionalidade de idosos com osteoartrite foi aplicado antes e depois das intervenções. As três intervenções geraram aumentos no torque, na ativação muscular, bem como melhorias na funcionalidade. Os valores de espessura muscular, área de secção transversa anatômica e ângulo de penação aumentaram após os tratamentos com estimulação elétrica neuromuscular, mas não com laserterapia. Nossos achados sugerem que: (1) a estimulação elétrica sozinha ou combinada à laserterapia é igualmente efetiva para gerar adaptações neuromusculares e funcionais; (2) a estimulação elétrica sozinha ou combinada gera aumentos no ângulo de penação e na espessura muscular, mas não no comprimento fascicular; (3) o ganho de força obtido pela estimulação elétrica é desproporcional aos incrementos neurais e morfológicos; (4) a laserterapia sozinha é capaz de melhorar a funcionalidade do idoso provavelmente por meio da redução da dor e do aumento da ativação muscular; (5) o uso de programa de estimulação elétrica neuromuscular com intensidades e volumes progressivos é efetivo na promoção da hipertrofia muscular; (6) a laserterapia não potencializa os efeitos da estimulação elétrica neuromuscular sobre os parâmetros neuromusculares e funcionais. / Neuromuscular electrical stimulation alone and low-level laser therapy alone have been effective in the treatment of knee osteoarthritis. Neuromuscular electrical stimulation seems to contribute to the reestablishment of strength and structure in the quadriceps muscle, whereas low-level laser therapy seems to contribute to the reduction of the pain and of the inflammatory process and to the promotion of cartilage regeneration. The hypothesis that the association of low-level laser therapy with neuromuscular electrical stimulation could reduce joint pain associated with the inflammation and consequently potentiates the effects of electrical stimulation on the muscular system motivated the present study. The theme of this PhD thesis is the combined use of neuromuscular electrical stimulation and low-level laser therapy in the treatment of knee osteoarthritis in the elderly: effects on neuromuscular and functional parameters. In Chapter I, a systematic review rated levels of scientific evidence on the effectiveness of neuromuscular electrical stimulation on quadriceps strengthening in elderly with knee osteoarthritis. After systematic search in databases, 9 studies contemplated the inclusion criteria and were included in the review. The main results indicate that there is moderate scientific evidence in favour the use of neuromuscular electrical stimulation alone or combined with exercise to strengthen the quadriceps muscle in elderly with knee osteoarthritis. Despite the promising results of neuromuscular electrical stimulation on strength, data are lacking in the literature about its effects on muscle mass. Moreover, no studies were found on the potential effect of the combination of low-level laser therapy and neuromuscular electrical stimulation in the treatment of osteoarthritis. To fill this gap, two original studies were developed to verify: (1) neuromuscular and functional adaptation of knee extensors in elderly patients with osteoarthritis to neuromuscular electrical stimulation in combination with low-level laser therapy (Chapter II); and (2) the changes in the architecture of the vastus lateralis muscle and in the functional ability of elderly patients with osteoarthritis to the combined use of neuromuscular electrical stimulation and low-level laser therapy (Chapter III). Forty-five elderly female individuals with knee osteoarthritis were submitted to a four-week control period with no intervention followed by an eight-week period of intervention with neuromuscular electrical stimulation, low-level laser therapy, or neuromuscular electrical stimulation in combination with low-level laser therapy. Knee extensor evaluations of torque, electromyography, ultrasonography and functional tests were performed before and after the control period as well as after eight weeks of intervention. Questionnaire regarding the functionality of elderly patients with osteoarthritis was applied before and after interventions. The three interventions generated increases in torque, muscle activation, as well as improvements in functionality. The values of muscle thickness, anatomical cross-sectional area and pennation angle increased after treatment with neuromuscular electrical stimulation, but not with low-level laser therapy. Our findings suggest that: (1) electrical stimulation alone or combined with laser therapy is equally effective to generate neuromuscular and functional adaptations; (2) electrical stimulation alone or combined with laser therapy increases pennation angle and muscle thickness, but not fascicle length; (3) gain strength obtained by the electrical stimulation is disproportionate to increases in neural and morphological parameters; (4) low-level laser therapy alone is able to improve the elderly functionality; (5) the use of neuromuscular electrical stimulation with increasing intensities and progressive volumes is effective in promoting muscle hypertrophy; (6) low-level laser therapy does not potentiate the effects of neuromuscular electrical stimulation on neuromuscular and functional parameters.

A estimulação elétrica neuromuscular e a laserterapia de baixa potência têm se mostrado isoladamente efetivas no tratamento da osteoartrite de joelho. A estimulação elétrica neuromuscular parece contribuir com a restauração da força e estrutura do músculo quadríceps femoral, enquanto que a laserterapia parece ser efetiva no controle do processo inflamatório e da dor, bem como na regeneração da cartilagem. A hipótese de que a adição da laserterapia à estimulação elétrica neuromuscular poderia reduzir a dor articular associada à inflamação e consequentemente potencializar os efeitos da estimulação elétrica sobre o sistema muscular motivou a realização do presente estudo. O tema da presente tese de Doutorado é o uso combinado da estimulação elétrica neuromuscular e da laserterapia de baixa potência no tratamento da osteoartrite de joelho em idosos: efeitos sobre parâmetros neuromusculares e funcionais. No Capítulo I, um estudo de revisão sistemática classificou os níveis de evidência científica sobre a efetividade da estimulação elétrica neuromuscular no fortalecimento do quadríceps de idosos com osteoartrite de joelho. Após busca sistematizada nas bases de dados, 9 estudos contemplaram os critérios de inclusão e foram incluídos na revisão. Os resultados principais indicam que existe moderada evidência científica a favor do uso da estimulação elétrica neuromuscular sozinha ou combinada com exercício para o fortalecimento muscular isométrico do quadríceps em idosos com OA de joelho. Apesar dos resultados promissores da estimulação elétrica neuromuscular sobre a força, faltam dados na literatura sobre seus efeitos sobre a massa muscular. Além disso, não foram encontrados estudos sobre o potencial do efeito combinado da laserterapia e estimulação elétrica no tratamento da osteoartrite. Para preencher essa lacuna na literatura, dois estudos originais foram desenvolvidos para verificar: (1) a adaptação neuromuscular e funcional dos extensores de joelho de idosos com osteoartrite à estimulação elétrica neuromuscular em combinação à laserterapia de baixa potência (Capítulo II); e (2) as adaptações na arquitetura do principal extensor de joelho e na capacidade funcional de idosos decorrentes do uso combinado da estimulação elétrica neuromuscular e da laserterapia de baixa potência (Capítulo III). Quarenta e cinco idosas com osteoartrite de joelho foram submetidas a um período controle de quatro semanas sem intervenção seguido por um período de oito semanas de intervenção ou com estimulação elétrica neuromuscular, ou com laserterapia ou com estimulação elétrica neuromuscular em adição à laserterapia. Avaliações de torque, eletromiografia, ultrassonografia e testes funcionais foram realizados antes e após o período controle, assim como após de oito semanas de intervenção. Questionário específico sobre a funcionalidade de idosos com osteoartrite foi aplicado antes e depois das intervenções. As três intervenções geraram aumentos no torque, na ativação muscular, bem como melhorias na funcionalidade. Os valores de espessura muscular, área de secção transversa anatômica e ângulo de penação aumentaram após os tratamentos com estimulação elétrica neuromuscular, mas não com laserterapia. Nossos achados sugerem que: (1) a estimulação elétrica sozinha ou combinada à laserterapia é igualmente efetiva para gerar adaptações neuromusculares e funcionais; (2) a estimulação elétrica sozinha ou combinada gera aumentos no ângulo de penação e na espessura muscular, mas não no comprimento fascicular; (3) o ganho de força obtido pela estimulação elétrica é desproporcional aos incrementos neurais e morfológicos; (4) a laserterapia sozinha é capaz de melhorar a funcionalidade do idoso provavelmente por meio da redução da dor e do aumento da ativação muscular; (5) o uso de programa de estimulação elétrica neuromuscular com intensidades e volumes progressivos é efetivo na promoção da hipertrofia muscular; (6) a laserterapia não potencializa os efeitos da estimulação elétrica neuromuscular sobre os parâmetros neuromusculares e funcionais. / Neuromuscular electrical stimulation alone and low-level laser therapy alone have been effective in the treatment of knee osteoarthritis. Neuromuscular electrical stimulation seems to contribute to the reestablishment of strength and structure in the quadriceps muscle, whereas low-level laser therapy seems to contribute to the reduction of the pain and of the inflammatory process and to the promotion of cartilage regeneration. The hypothesis that the association of low-level laser therapy with neuromuscular electrical stimulation could reduce joint pain associated with the inflammation and consequently potentiates the effects of electrical stimulation on the muscular system motivated the present study. The theme of this PhD thesis is the combined use of neuromuscular electrical stimulation and low-level laser therapy in the treatment of knee osteoarthritis in the elderly: effects on neuromuscular and functional parameters. In Chapter I, a systematic review rated levels of scientific evidence on the effectiveness of neuromuscular electrical stimulation on quadriceps strengthening in elderly with knee osteoarthritis. After systematic search in databases, 9 studies contemplated the inclusion criteria and were included in the review. The main results indicate that there is moderate scientific evidence in favour the use of neuromuscular electrical stimulation alone or combined with exercise to strengthen the quadriceps muscle in elderly with knee osteoarthritis. Despite the promising results of neuromuscular electrical stimulation on strength, data are lacking in the literature about its effects on muscle mass. Moreover, no studies were found on the potential effect of the combination of low-level laser therapy and neuromuscular electrical stimulation in the treatment of osteoarthritis. To fill this gap, two original studies were developed to verify: (1) neuromuscular and functional adaptation of knee extensors in elderly patients with osteoarthritis to neuromuscular electrical stimulation in combination with low-level laser therapy (Chapter II); and (2) the changes in the architecture of the vastus lateralis muscle and in the functional ability of elderly patients with osteoarthritis to the combined use of neuromuscular electrical stimulation and low-level laser therapy (Chapter III). Forty-five elderly female individuals with knee osteoarthritis were submitted to a four-week control period with no intervention followed by an eight-week period of intervention with neuromuscular electrical stimulation, low-level laser therapy, or neuromuscular electrical stimulation in combination with low-level laser therapy. Knee extensor evaluations of torque, electromyography, ultrasonography and functional tests were performed before and after the control period as well as after eight weeks of intervention. Questionnaire regarding the functionality of elderly patients with osteoarthritis was applied before and after interventions. The three interventions generated increases in torque, muscle activation, as well as improvements in functionality. The values of muscle thickness, anatomical cross-sectional area and pennation angle increased after treatment with neuromuscular electrical stimulation, but not with low-level laser therapy. Our findings suggest that: (1) electrical stimulation alone or combined with laser therapy is equally effective to generate neuromuscular and functional adaptations; (2) electrical stimulation alone or combined with laser therapy increases pennation angle and muscle thickness, but not fascicle length; (3) gain strength obtained by the electrical stimulation is disproportionate to increases in neural and morphological parameters; (4) low-level laser therapy alone is able to improve the elderly functionality; (5) the use of neuromuscular electrical stimulation with increasing intensities and progressive volumes is effective in promoting muscle hypertrophy; (6) low-level laser therapy does not potentiate the effects of neuromuscular electrical stimulation on neuromuscular and functional parameters.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:18:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseFVS.pdf: 3401633 bytes, checksum: b22a99a2e3db18dc60852a024a747b7f (MD5) Previous issue date: 2004-02-05 / Universidade Federal de Minas Gerais / studies about muscle regeneration and injury used invasive methods in animals. Although the muscle regeneration process in many mammals is similar to the one found in humans, it is necessary to improve the application of non-invasive procedures used in the evaluation of the muscle regeneration and injury in humans. Non-invasive techniques such as surface electromyography, isokinetic dynamometry and nuclear magnetic resonance (NMR) for imaging have been used in studies in humans for the evaluation of the skeletal muscle. However, studies in which all these procedures are used together, allowing a more detailed evaluation of the muscle morphology and function, are rare.Thus, the aim of this study was to evaluate the behaviour of the medium maximal isometric torque, the electrical activity and the muscle pain before the injury, during the 7 days after the injury and also between the 21st and 30th days after the injury, when the muscle has already regenerated. For this, a injury was induced in the quadriceps femoris muscle through intense eccentric exercise. To confirm if the model utilized was effective to produce the muscle injury, the plasma activity of the creatine kinase (CK) was also evaluated and the NMR for imaging of the quadriceps femoris muscle was realized. Ten university student volunteers (21,9±1,5), sedentary and without musculoskeletal dysfunction in the lower right limb participated in this study. The extensor medium maximal isometric torque was evaluated through maximal isometric contraction with the knee joint at 90º of flexion, in the isokinetic dynamometer (Biodex Multi-joint System 2 da BIODEX MEDICAL SYSTEM Inc). The electrical activity (Root Mean Square-RMS and Median Frequency) of the vastus medialis oblique (VMO), vastus lateralis (VL) and rectus femoris (RF) muscles was analysed simultaneously to mensuration of the isometric torque, utilizing a Digital Analogue Conversor A/D (LYNX) and single differential active electrodes of surface (LYNX). The quantitative and qualitative analysis of the pain were realized by Visual Analogue Scale (VAS) and by Brazilian Version of Short-Form McGill Pain Questionnaire. The activity of CK was measured utilizing the Kit CK-NAC UV unitest (Wiener lab) and the NMR was realized in the ToRM 0.5 equipment. For the induction of quadriceps femoris muscle injury, the volunteers were submitted to 4 series of 15 maximal eccentric isokinetic contractions, at angle velocity 5º.s-1. The results of this study demonstrated that the medium maximal isometric torque reduced significantly until the 4th day after the eccentric exercise (immediately after and 1st - 4th days after, p<0.01; 4th day after, p<0.05). The RMS of the VMO, VL and RF muscles reduced significantly the 2nd day after (p<0.01, p<0.01 e p<0.05, respectively). However, the RMS of the VL and RF muscles between the 21st and 30th days was significantly greater than before the exercise (p<0.01). There wasn t alteration in the median frequency after tthe eccentric exercise (VMO, p= 0.90; VL, p= 0.55 e RF, p= 0.89). The intensity of pain was greater until the 3rd day, and the peak occurred in the 2nd day after (p<0.01). The McGill Pain Questionnaire demonstrated that the word heavy was the most used to describe the pain after the induced injury by eccentric exercise. The peak of activity of the CK occurred in the 2nd day after the eccentric exercise(p<0.05). The evaluation by NMR demonstrated that the greatest extension of injury occurred in the 2nd and 7th days after, and some voluteers still showed injury sign between the 21st and 30th days. In conclusion, the eccentric exercise reduced the medium maximal isometric torque, increased the activity of the CK, changed the RMS and resulted in pain, which were gradually recovered in one week, despite the presence of muscle injury. / A maioria dos estudos sobre a lesão e regeneração muscular utilizou métodos invasivos em animais. Embora o processo de regeneração muscular em muitos mamíferos seja similar ao encontrado em humanos, é necessário melhorar a aplicação de procedimentos não-invasivos usados na avaliação da lesão e regeneração muscular em humanos. Técnicas não-invasivas tais como a eletromiografia de superfície, a dinamometria isocinética e a ressonância magnética nuclear (RMN) por imagem têm sido utilizadas em estudos em humanos para a avaliação do músculo-esquelético. No entanto, raros são os estudos em que todos esses procedimentos são utilizados conjuntamente, permitindo uma avaliação mais detalhada da função e da morfologia muscular. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar o comportamento do torque isométrico máximo médio, a atividade elétrica e a dor muscular antes da lesão, durante os 7 primeiros dias pós-lesão e também entre o 21º e 30º dias pós-lesão, quando o músculo já se regenerou. Para isso, foi induzida lesão no músculo quadríceps femoral através de exercício excêntrico intenso. Para comprovar se o modelo utilizado foi efetivo para produzir a lesão muscular, foi também avaliada a atividade plasmática da creatina-quinase (CK) e foi realizada a RMN por imagem do músculo quadríceps femoral. Participaram deste estudo 10 universitárias voluntárias (21,9±1,5), sedentárias e sem qualquer patologia osteomioarticular no membro inferior direito. O torque isométrico máximo médio extensor foi avaliado através de contrações isométricas máximas com a articulação do joelho à 90º de flexão, num Dinamômetro Isocinético (Biodex Multi-joint System 2). A atividade elétrica (Root Mean Square-RMS - Raiz Quadrada da Média dos Quadrados e a Freqüência Mediana) dos músculos vasto medial oblíquo (VMO), vasto lateral (VL) e reto femoral (RF) foi analisada simultaneamente à mensuração do torque isométrico, utilizando-se um Conversor Analógico Digital A/D (LYNX) e eletrodos ativos diferenciais simples de superfície (LYNX). As análises quantitativas e qualitativas da dor foram realizadas pela Escala Visual Analógica Visual Analog Scales (VAS) e pela Versão Brasileira Resumida do Questionário McGill de Dor. A atividade da CK foi mensurada utilizando-se o Kit CK-NAC UV unitest e a RMN foi realizada no equipamento ToRM 0.5. Para a indução da lesão no músculo quadríceps femoral, as voluntárias foram submetidas a 4 séries de 15 contrações isocinéticas excêntricas máximas, à velocidade angular de movimento de 5º/s. Os resultados deste estudo demonstraram que o torque isométrico máximo médio diminuiu significativamente até o 4º dia após o exercício excêntrico (imediatamente após e do 1º ao 3º dias após, p<0,01; 4º dia após, p<0,05) . O RMS dos músculos VMO, VL e RF diminuiu no 2º dia após o exercício (p<0,01, p<0,01 e p<0,05, respectivamente). Entretanto, o RMS dos músculos VL e RF entre o 21º e 30 º dias foi maior ao antes do exercício (p<0,01). Não houve alteração na freqüência mediana após o exercício excêntrico (VMO, p= 0,90; VL, p= 0,55 e RF, p= 0,89). A intensidade da dor foi maior até o 3º dia após o exercício excêntrico, com o pico ocorrendo no 2º dia após (p<0,01). O questionário McGill demonstrou que a palavra pesada foi a mais utilizada para caracterizar a dor após a lesão induzida pelo exercício excêntrico. O pico da atividade da CK ocorreu no 2º dia após o exercício excêntrico (p<0,05). A avaliação pela RMN demonstrou que a maior extensão da lesão ocorreu no 2º e 7º dias após, com algumas voluntárias ainda apresentando sinais de lesão entre o 21º e 30º dias. Em conclusão, o exercício excêntrico diminuiu o torque isométrico máximo médio, aumentou a atividade da CK, alterou o RMS e resultou em dor, os quais se recuperaram gradualmente na primeira semana, apesar da presença de lesão muscular.