A variabilidade da força muscular, geralmente em uma tarefa de força constante e isométrica, tem sido estudada tanto de forma experimental quanto com o uso de ferramentas computacionais. No entanto, a maioria dos estudos utilizando simulações computacionais tem sido feita em tarefas que utilizam apenas um músculo, geralmente da mão. Até onde se tem conhecimento, não foi feito um estudo, nem experimental nem teórico, abrangendo o comportamento da variabilidade do torque durante a flexão plantar de uma forma geral. Considerando isso, esse trabalho tem como objetivo estudar a variabilidade do torque de flexão plantar por meio de simulações e de modelos matemáticos, comparando os resultados com os obtidos em experimentos realizados localmente. Uma primeira tentativa foi feita utilizando um modelo de contração muscular do tipo Hill ativado pela envoltória dos sinais de eletromiograma captados de cada um dos três músculos do tríceps sural. Essa abordagem não foi bem sucedida em termos da reprodução dos resultados experimentais obtidos de variabilidade do torque em humanos, embora tenha reproduzido bem o valor médio do torque da flexão plantar. Essa impossibilidade em reproduzir os dados experimentais de variabilidade do torque com um modelo ativado por envoltória do eletromiograma provavelmente deveu-se à perda de informação no eletromiograma sobre os disparos dos motoneurônios. Em uma segunda tentativa, os disparos individuais dos motoneurônios foram obtidos de um simulador desenvolvido localmente, chamado de ReMoto, capaz de fornecer os instantes de disparos de todos os modelos de motoneurônios que ativam cada músculo, além de ser capaz de fornecer a força produzida por esse músculo, calculada a partir da força produzida pelas unidades motoras individualmente. No entanto, a versão original do ReMoto foi parametrizada quase que totalmente utilizando dados de gatos e, por isso, foi necessário modificar diversos parâmetros (como amplitude dos abalos e amplitude do potencial de ação da unidade motora) e modelos (como limiar de recrutamento e saturação da força) antes de utilizar o simulador para o estudo da variabilidade do torque. Também foi adicionado um segundo modelo de gerador de força, que consegue reproduzir melhor as características temporais dos abalos das unidades motoras. Adicionalmente, um modelo do tipo Hill também foi modificado para ser ativado pelo conjunto de motoneurônios do simulador ReMoto. Novas simulações foram feitas com a nova versão do simulador (adaptada a dados de humanos) e os resultados foram condizentes com os dados experimentais (variabilidade do torque e do eletromiograma), indicando que os modelos no simulador são uma representação razoável do que acontece no ser humano. / The muscle force variability, usually in a constant and isometric force task, has been studied both experimentally and using computational tools. However, most studies using computer simulations have been made on tasks that use only one muscle, usually in the hand. As far as is known, no study has analyzed, either theoretically or experimentally, the overall behavior of the torque variability during plantar flexion. Therefore, this work aims to study the plantar flexion torque variability by means of mathematical models and simulations, comparing the results with those obtained in human experiments carried out locally. A first attempt was made using a Hill-type muscle contraction model activated by the electromyogram obtained from each of the three triceps surae muscles. This approach was not successful in terms of reproducing the torque variability results obtained from humans, although it estimated well the average value of plantar flexion torque. This inability to reproduce the torque variability found in experimental data was probably due to the information loss in the electromyogram of the spike times of motoneurons. In a second approach, the firing of individual motoneuron were obtained from a neuromuscular simulator developed locally, called ReMoto, capable of providing the spike times of all motoneuron models that activate each muscle and the respective muscle force. The latter is generated in the simulator from the forces generated by each motor unit that composes the muscle. However, the ReMoto original version was almost completely parameterized using data from cats and, hence, it was necessary to modify various parameter values (such as motor unit twitchs and action potential amplitudes) and models (such as the recruitment threshold and force saturation) before using the simulator to study torque variability in humans. Besides the second order twitch model already implemented in the original version of the simulator, two other models were implemented in this work. One was a more refined twitch model and the second was a Hill-type model modified to be activated by the ReMoto simulator motoneuron pool. New simulations were run with the new version of the simulator (adapted to human data) and the fittings to the experimental data (torque and electomyogram envelope variability) were good, suggesting that the models in the simulator are a reasonable representation of what occurs in the living human being.

A variabilidade da força muscular, geralmente em uma tarefa de força constante e isométrica, tem sido estudada tanto de forma experimental quanto com o uso de ferramentas computacionais. No entanto, a maioria dos estudos utilizando simulações computacionais tem sido feita em tarefas que utilizam apenas um músculo, geralmente da mão. Até onde se tem conhecimento, não foi feito um estudo, nem experimental nem teórico, abrangendo o comportamento da variabilidade do torque durante a flexão plantar de uma forma geral. Considerando isso, esse trabalho tem como objetivo estudar a variabilidade do torque de flexão plantar por meio de simulações e de modelos matemáticos, comparando os resultados com os obtidos em experimentos realizados localmente. Uma primeira tentativa foi feita utilizando um modelo de contração muscular do tipo Hill ativado pela envoltória dos sinais de eletromiograma captados de cada um dos três músculos do tríceps sural. Essa abordagem não foi bem sucedida em termos da reprodução dos resultados experimentais obtidos de variabilidade do torque em humanos, embora tenha reproduzido bem o valor médio do torque da flexão plantar. Essa impossibilidade em reproduzir os dados experimentais de variabilidade do torque com um modelo ativado por envoltória do eletromiograma provavelmente deveu-se à perda de informação no eletromiograma sobre os disparos dos motoneurônios. Em uma segunda tentativa, os disparos individuais dos motoneurônios foram obtidos de um simulador desenvolvido localmente, chamado de ReMoto, capaz de fornecer os instantes de disparos de todos os modelos de motoneurônios que ativam cada músculo, além de ser capaz de fornecer a força produzida por esse músculo, calculada a partir da força produzida pelas unidades motoras individualmente. No entanto, a versão original do ReMoto foi parametrizada quase que totalmente utilizando dados de gatos e, por isso, foi necessário modificar diversos parâmetros (como amplitude dos abalos e amplitude do potencial de ação da unidade motora) e modelos (como limiar de recrutamento e saturação da força) antes de utilizar o simulador para o estudo da variabilidade do torque. Também foi adicionado um segundo modelo de gerador de força, que consegue reproduzir melhor as características temporais dos abalos das unidades motoras. Adicionalmente, um modelo do tipo Hill também foi modificado para ser ativado pelo conjunto de motoneurônios do simulador ReMoto. Novas simulações foram feitas com a nova versão do simulador (adaptada a dados de humanos) e os resultados foram condizentes com os dados experimentais (variabilidade do torque e do eletromiograma), indicando que os modelos no simulador são uma representação razoável do que acontece no ser humano. / The muscle force variability, usually in a constant and isometric force task, has been studied both experimentally and using computational tools. However, most studies using computer simulations have been made on tasks that use only one muscle, usually in the hand. As far as is known, no study has analyzed, either theoretically or experimentally, the overall behavior of the torque variability during plantar flexion. Therefore, this work aims to study the plantar flexion torque variability by means of mathematical models and simulations, comparing the results with those obtained in human experiments carried out locally. A first attempt was made using a Hill-type muscle contraction model activated by the electromyogram obtained from each of the three triceps surae muscles. This approach was not successful in terms of reproducing the torque variability results obtained from humans, although it estimated well the average value of plantar flexion torque. This inability to reproduce the torque variability found in experimental data was probably due to the information loss in the electromyogram of the spike times of motoneurons. In a second approach, the firing of individual motoneuron were obtained from a neuromuscular simulator developed locally, called ReMoto, capable of providing the spike times of all motoneuron models that activate each muscle and the respective muscle force. The latter is generated in the simulator from the forces generated by each motor unit that composes the muscle. However, the ReMoto original version was almost completely parameterized using data from cats and, hence, it was necessary to modify various parameter values (such as motor unit twitchs and action potential amplitudes) and models (such as the recruitment threshold and force saturation) before using the simulator to study torque variability in humans. Besides the second order twitch model already implemented in the original version of the simulator, two other models were implemented in this work. One was a more refined twitch model and the second was a Hill-type model modified to be activated by the ReMoto simulator motoneuron pool. New simulations were run with the new version of the simulator (adapted to human data) and the fittings to the experimental data (torque and electomyogram envelope variability) were good, suggesting that the models in the simulator are a reasonable representation of what occurs in the living human being.

O controle postural em idosos tem sido estudado com o objetivo de melhor entender os fatores que levam esta população a sofrer mais quedas que os indivíduos jovens. A maior variabilidade de força dos músculos flexores plantares (MFP) aparenta estar diretamente associada ao menor controle postural principalmente em adultos jovens. Além disto, o treinamento específico de estabilidade de força dos MFP em baixas intensidades parece diminuir a variabilidade de força destes músculos e também diminuir a oscilação postural de adultos jovens. Entretanto, faltam esclarecimentos sobre a associação entre variabilidade de força dos MFP e oscilação postural na população idosa, bem como os efeitos de um treinamento específico de estabilidade de força destes músculos para esta mesma população. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi analisar a associação entre variabilidade de força dos MFP e a oscilação postural de idosas e examinar os efeitos do treinamento de estabilidade de força na variabilidade da força dos MFP, na coativação muscular dos músculos tibial anterior (TA) e gastrocnêmio medial (GM) e na oscilação corporal destas idosas. Para isto, 40 mulheres idosas foram divididas em quatro grupos: Grupo GT5 (n=10) que realizou treinamentos a 5% da contração isométrica voluntária máxima (CIVM) dos MFP; Grupo GT10 (n=10) que realizou treinamentos a 10% da CIVM dos MFP; Grupo GTLP (n=10) que realizou treinamentos a 10% de uma repetição máxima dos MFP no equipamento Leg Press; Grupo GC (n=10) que não realizou nenhum treinamento específico para os MFP e foi utilizado como controle. Foram avaliadas a oscilação corporal durante a manutenção da postura bipodal ereta, a variabilidade da força dos MFP e a coativação muscular dos músculos TA e GM antes e após o período de treinamento. Este treinamento foi realizado uma vez por semana durante quatro semanas. Em cada sessão de treino a participante realizou cinco séries em que mantinha por 30 segundos a força isométrica de flexão plantar, de acordo com as especificações de seu grupo. Os resultados revelaram que o treinamento de estabilidade de força dos MFP realizado pelos grupos GT5, GT10 e GTLP foi eficiente e diminuiu a variabilidade de força das participantes na condição de 5% da CIVM com feedback visual, além disso, mostrou que o grupo GT5 também diminuiu sua variabilidade de força para a condição 10% da CIVM com feedback visual. Em relação ao controle postural, foi observado que os grupos GT5 e GT10 aumentaram sua amplitude média de oscilação na direção ântero-posterior após o treinamento. Com relação à ativação dos músculos TA e GM, os grupos GT5 e GT10 diminuíram o índice de coativação muscular para as condições 5% e 10% com feedback visual após o treinamento e o grupo GT5 ainda apresentou diminuição da coativação para a condição 5% sem feedback visual. Finalmente, os resultados apontaram que para população idosa não há relação entre a variabilidade de força dos MFP e o controle da postura. Portanto, estes resultados indicam que, na população idosa não existe associação entre controle postural e variabilidade de força dos MFP, e mesmo que não esteja claro o efeito do treinamento no controle da postura, a redução da variabilidade da força e coativação muscular podem ser interpretadas como um ganho em termos de controle motor / Elderly postural control has been studied in order to better understand the factors that lead this population to suffer more falls than young individuals. Greater variability of plantar flexor muscles (PFM) strength appears to be directly associated to lower postural control mainly in young adults. In addition, specific training of PFM strength stability at low intensities seems to decrease force variability of these muscles and also to decrease postural oscillation of young adults. However, there is a lack of clarification about the association between PFM force variability and postural oscillation in elderly population, as well as the effects of specific stability strength training of these muscles for this same population. Thus, the objective of the present study was to analyze the association between PFM force variability and postural oscillation in elderly, and to examine the effects of strength stability training on PFM force variability in the muscle coactivation of anterior tibial muscles (AT) and medial gastrocnemius (MG) and in the body oscillation of these elderly women. For this, 40 elderly women were divided into four groups: Group TG5 (n = 10) who performed training at 5% of maximal voluntary isometric contraction (MVIC) of PFM; TG10 group (n = 10) who performed training at 10% of the MVIC of PFM; TGLP group (n = 10) who underwent training at 10% of a maximum repetition of the PFMs in the Leg Press equipment; Group CG (n = 10) who did not perform any specific training for PFMs and was used as control. Body oscillation was evaluated during maintenance of upright bipodal posture, PFM force variability, and muscle coactivation of AT and MG muscles before and after the training period. This training was performed once a week for four weeks. In each training session participant performed five series in which he maintained for 30 seconds the isometric force of plantar flexion, according to the specifications of his group. The results showed that the PFM force stability training performed by TG5, TG10 and TGLP groups was efficient and decreased the strength variability of the participants in the 5% condition of the MVIC with visual feedback, in addition, showed that the TG5 group also decreased its force variability to the 10% MVIC condition with visual feedback. Regarding the postural control, it was observed that the TG5 and TG10 groups increased their mean amplitude of oscillation in the anteroposterior direction after the training. Regarding the activation of the AT and MG muscles, the TG5 and TG10 groups decreased the muscle activation rate for the 5% and 10% conditions with visual feedback after the training and the TG5 group still showed a decrease of the coactivation for the condition 5% without visual feedback. Finally, the results pointed out that for the elderly population there is no relation between the PFM strength variability and the posture control. Therefore, these results indicate that, in the elderly population, there is no association between postural control and PFM strength variability, and even though the effect of training on posture control is not clear, the reduction in strength variability and muscle coactivation can be interpreted as a gain in terms of motor control

O controle postural em idosos tem sido estudado com o objetivo de melhor entender os fatores que levam esta população a sofrer mais quedas que os indivíduos jovens. A maior variabilidade de força dos músculos flexores plantares (MFP) aparenta estar diretamente associada ao menor controle postural principalmente em adultos jovens. Além disto, o treinamento específico de estabilidade de força dos MFP em baixas intensidades parece diminuir a variabilidade de força destes músculos e também diminuir a oscilação postural de adultos jovens. Entretanto, faltam esclarecimentos sobre a associação entre variabilidade de força dos MFP e oscilação postural na população idosa, bem como os efeitos de um treinamento específico de estabilidade de força destes músculos para esta mesma população. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi analisar a associação entre variabilidade de força dos MFP e a oscilação postural de idosas e examinar os efeitos do treinamento de estabilidade de força na variabilidade da força dos MFP, na coativação muscular dos músculos tibial anterior (TA) e gastrocnêmio medial (GM) e na oscilação corporal destas idosas. Para isto, 40 mulheres idosas foram divididas em quatro grupos: Grupo GT5 (n=10) que realizou treinamentos a 5% da contração isométrica voluntária máxima (CIVM) dos MFP; Grupo GT10 (n=10) que realizou treinamentos a 10% da CIVM dos MFP; Grupo GTLP (n=10) que realizou treinamentos a 10% de uma repetição máxima dos MFP no equipamento Leg Press; Grupo GC (n=10) que não realizou nenhum treinamento específico para os MFP e foi utilizado como controle. Foram avaliadas a oscilação corporal durante a manutenção da postura bipodal ereta, a variabilidade da força dos MFP e a coativação muscular dos músculos TA e GM antes e após o período de treinamento. Este treinamento foi realizado uma vez por semana durante quatro semanas. Em cada sessão de treino a participante realizou cinco séries em que mantinha por 30 segundos a força isométrica de flexão plantar, de acordo com as especificações de seu grupo. Os resultados revelaram que o treinamento de estabilidade de força dos MFP realizado pelos grupos GT5, GT10 e GTLP foi eficiente e diminuiu a variabilidade de força das participantes na condição de 5% da CIVM com feedback visual, além disso, mostrou que o grupo GT5 também diminuiu sua variabilidade de força para a condição 10% da CIVM com feedback visual. Em relação ao controle postural, foi observado que os grupos GT5 e GT10 aumentaram sua amplitude média de oscilação na direção ântero-posterior após o treinamento. Com relação à ativação dos músculos TA e GM, os grupos GT5 e GT10 diminuíram o índice de coativação muscular para as condições 5% e 10% com feedback visual após o treinamento e o grupo GT5 ainda apresentou diminuição da coativação para a condição 5% sem feedback visual. Finalmente, os resultados apontaram que para população idosa não há relação entre a variabilidade de força dos MFP e o controle da postura. Portanto, estes resultados indicam que, na população idosa não existe associação entre controle postural e variabilidade de força dos MFP, e mesmo que não esteja claro o efeito do treinamento no controle da postura, a redução da variabilidade da força e coativação muscular podem ser interpretadas como um ganho em termos de controle motor / Elderly postural control has been studied in order to better understand the factors that lead this population to suffer more falls than young individuals. Greater variability of plantar flexor muscles (PFM) strength appears to be directly associated to lower postural control mainly in young adults. In addition, specific training of PFM strength stability at low intensities seems to decrease force variability of these muscles and also to decrease postural oscillation of young adults. However, there is a lack of clarification about the association between PFM force variability and postural oscillation in elderly population, as well as the effects of specific stability strength training of these muscles for this same population. Thus, the objective of the present study was to analyze the association between PFM force variability and postural oscillation in elderly, and to examine the effects of strength stability training on PFM force variability in the muscle coactivation of anterior tibial muscles (AT) and medial gastrocnemius (MG) and in the body oscillation of these elderly women. For this, 40 elderly women were divided into four groups: Group TG5 (n = 10) who performed training at 5% of maximal voluntary isometric contraction (MVIC) of PFM; TG10 group (n = 10) who performed training at 10% of the MVIC of PFM; TGLP group (n = 10) who underwent training at 10% of a maximum repetition of the PFMs in the Leg Press equipment; Group CG (n = 10) who did not perform any specific training for PFMs and was used as control. Body oscillation was evaluated during maintenance of upright bipodal posture, PFM force variability, and muscle coactivation of AT and MG muscles before and after the training period. This training was performed once a week for four weeks. In each training session participant performed five series in which he maintained for 30 seconds the isometric force of plantar flexion, according to the specifications of his group. The results showed that the PFM force stability training performed by TG5, TG10 and TGLP groups was efficient and decreased the strength variability of the participants in the 5% condition of the MVIC with visual feedback, in addition, showed that the TG5 group also decreased its force variability to the 10% MVIC condition with visual feedback. Regarding the postural control, it was observed that the TG5 and TG10 groups increased their mean amplitude of oscillation in the anteroposterior direction after the training. Regarding the activation of the AT and MG muscles, the TG5 and TG10 groups decreased the muscle activation rate for the 5% and 10% conditions with visual feedback after the training and the TG5 group still showed a decrease of the coactivation for the condition 5% without visual feedback. Finally, the results pointed out that for the elderly population there is no relation between the PFM strength variability and the posture control. Therefore, these results indicate that, in the elderly population, there is no association between postural control and PFM strength variability, and even though the effect of training on posture control is not clear, the reduction in strength variability and muscle coactivation can be interpreted as a gain in terms of motor control