Muscle architecture, innervation pattern and fiber type distribution of lumbar multifidus (LMT) throughout its volume was quantified. Musculotendinous (n=10) and neural components (n=3) were dissected and digitized from thirteen embalmed cadaveric specimens. The data were imported into Autodesk® Maya® 2008 to generate 3D neuromuscular models of each specimen. Architectural parameters (fiber bundle length, FBL; fiber bundle angle, FBA; tendon length) were quantified from the models using customized software. The medial branch of the posterior rami (L1-L5) was traced through LMT to determine its distribution. Using immunohistochemistry, Type I/II muscle fibers were identified in 29 muscle biopsies from one fresh frozen specimen. The total area and number of each cell type was calculated using Visiopharm® (image analysis software). Architectural and fiber type data were analyzed using ANOVA with Tukey’s post-hoc test (p ≤ 0.05). From L1-L4, LMT had three architecturally distinct regions: superficial, intermediate and deep. At L5, intermediate LMT was absent. Mean FBL decreased significantly from superficial (5.8 ± 1.6cm) to deep regions (2.9 ± 1.1cm) as did volume (superficial, 5.6 ± 2.3ml; deep, 0.7 ± 0.3ml). In contrast, mean FBA increased from superficial to deep. The medial branch of the posterior ramus (L1-L5) supplied the five bands of LMT. Each medial branch in turn divided to supply the deep, intermediate and superficial regions separately. The area occupied by Type I fibers was significantly less (p< 0.01) in the deep (56%) compared with the superficial regions (75%). Based on architecture and morphology, superficial LMT with the longest FBL and relatively small FBA is well designed for torque production and controlling the lumbar lordosis. Intermediate LMT with significantly longer FBL compared with the deep region and with its caudal to cranial line of action may help to control intersegmental stability. Furthermore, the absence of intermediate LMT at L5 and may contribute to the higher incidence of instability observed at the lumbosacral junction. Deep LMT with its short FBL, large FBA and proximity to the axis of spinal rotation may function to provide proprioceptive input to the CNS rather than a primary stabilizer of the lumbar spine.

The purpose of the study was to investigate the static and dynamic architecture of supraspinatus throughout its volume in the normal and pathological state. The architecture was first investigated in cadaveric specimens free of any tendon pathology. Using a serial dissection and digitization method tailored for supraspinatus, the musculotendinous architecture was modeled in situ. The 3D model reconstructed in Autodesk MayaTM allowed for visualization and quantification of the fiber bundle architecture i.e. fiber bundle length (FBL), pennation angle (PA), muscle volume (MV) and tendon dimensions. Based on attachment sites and architectural parameters, the supraspinatus was found to have two architecturally distinct regions, anterior and posterior, each with three subdivisions. The findings from the cadaveric investigation served as a map and platform for the development of an ultrasound (US) protocol that allowed for the dynamic fiber bundle architecture to be quantified in vivo in normal subjects and subjects with a full-thickness supraspinatus tendon tear. The architecture was studied in the relaxed state and in three contracted states (60º abduction with either neutral rotation, 80º external rotation, or 80º internal rotation). The dynamic changes in the architecture within the distinct regions of the muscle were not uniform and varied as a function of joint position. Mean FBL in the anterior region shortened significantly with contraction (p<0.05) but not in the posterior. In the anterior region, mean PA was significantly smaller in the middle part compared to the deep (p<0.05). Comparison of the normal and pathological muscle found large differences in the percentage change of FBL and PA with contraction. The architectural parameter that showed the largest changes with tendon pathology was PA. In sum, the results showed that the static and dynamic fiber bundle architecture of supraspinatus is heterogeneous throughout the muscle volume and may influence tendon stresses. The architectural data collected in this study and the 3D muscle model can be used to develop future contractile models. The US protocol may serve as an assessment tool to predict the functional outcome of rehabilitative exercises and surgery.

A maturação biológica tem demonstrado efeito positivo sobre os valores absolutos de consumo máximo de oxigênio (VO2max), limiares ventilatórios (LV1 e LV2) e torque muscular (TM) durante o crescimento, mas não está totalmente elucidado se este efeito é resultado apenas do aumento do tamanho corporal, da metodologia de normalização ou da melhora de fatores qualitativos do sistema cardiorrespiratório e muscular. Assim, conduzimos dois estudos com o objetivo de verificar o efeito da maturação biológica sobre: (1°) VO2max, LV2 e LV1; (2º) TM e arquitetura muscular. No primeiro estudo, 79 jogadores de futebol classificados em três grupos de acordo com seu estágio maturacional, pré-púberes (PREP, n=14), púberes (PUB, n=38) e pós-púberes (POSP, n=27) realizaram um teste progressivo máximo em esteira para determinarmos o VO2max, LV2 e LV1. Os resultados demonstraram que o volume muscular estimado total (VMT) foi considerado a melhor variável de normalização e evidenciou que os valores de VO2max ml.ml-0,43.min-1 foram significativamente maiores nos grupos POSP (112,9±9,9) e PUB (107,4±9,5) em relação ao grupo PREP (100,0±7,8), com a maturação biológica apresentando efeito positivo de 18%. O LV2 (ml.ml-0,48.min-1) apresentou diferença significativa apenas entre os grupos POSP (57,3±5,7) e PREP (51,7±5,3), mas a maturação biológica não apresentou efeito significativo sobre essa variável. O LV1 (ml.ml-0,43.min-1) não apresentou diferenças significativas entre os grupos, mas a maturação biológica apresentou efeito positivo de 5,7%. No segundo estudo, 34 jogadores de futebol classificados em dois grupos de acordo com seu estágio maturacional, PUB (n=15) e POSP (n= 19) realizaram uma dinamometria isocinética para mensurarmos o TM máximo conjuntamente com uma ultrasonografia para determinarmos as variáveis de arquitetura muscular. Os resultados demonstraram que não existiam diferenças significativas (p>0,05) para o TM isométrico, concêntrico e excêntrico para as 18 contrações musculares testadas entre os grupos quando foram devidamente normalizados por expoentes alométricos específicos referentes à massa corporal (MC), além disso, a maturação biológica não demonstrou efeito consistente e independente das variáveis de arquitetura muscular. A espessura muscular (EM), comprimento do fascículo (CF), CF normalizado (CFn), ângulo de penação (AP) e a área de secção transversa (AST) não apresentaram difeferenças significativas entre os grupos (p>0,05), enquanto que, diferenças significativas foram estabelecidas para o comprimento da coxa e volume muscular estimado dos extensores do joelho (VM). As variáveis de arquitetura muscular demonstram ser variáveis explicativas do TM (10-36%). Os resultados dos dois estudos permitem concluir que a maturação biológica apresentou efeito positivo sobre o VO2max e LV1, mas não apresentou efeito consistente e independente das variáveis de aquitetura muscular para o TM isométrico, concêntrico e excêntrico quando os dados foram devidamente normalizados por expoentes alométricos referentes ao VMT no primeiro estudo e por expoentes alométricos específicos referente a MC no segundo estudo, demonstrando que a normalização é um fator chave para compreendermos os efeitos da maturação biológica sobre as variáveis mensuradas. / The biological maturation show a positive effect on the maximal oxygen uptake (VO2max) values, ventilatory threshold (VT1 and VT2) and muscle torque (T) during growth, however it is not completely elucidated if these effects happen only related the body size increased, the methodology standardization or the qualitative factors improvement of the cardiorespiratory and muscular system. Thus, we conducted two studies to determinate the biological maturation effect on: (1) VO2max, VT2 and VT1; (2) T and muscle architecture. Seventy-nine soccer players, placed in three groups according to their maturational stage, pre-pubescent (PREP, n=14), pubescent (PUB, n=38) and post-pubescent (POSP, n=27), participated in the first study. They performed a progressive maximal treadmill test to determine the VO2max, VT2 and VT1. The estimated total muscle volume (TMV) was considered the greater variable standardization, beside the VO2max ml.ml-0.43.min-1 values were significantly higher in groups POSP (112.9 ± 9. 9) and PUB (107.4 ± 9.5) comparing with PREP group (100.0 ± 7.8), even though the positive effect of 18% of the biological maturation. There was difference in VT2 (ml.ml-0.48.min-1) between POSP (57.3 ± 5.7) and PREP (51.7 ± 5.3) groups; however the biological maturation did not show significant effect on this variable. The VT1 (ml.ml-0.43.min-1) showed no significant differences between groups, but there was a positive effect of 5.7% in the biological maturation. In the second study, 34 soccer players were placed in two groups according to their pubertal stage, PUB (n=15) and POSP (n=19). An isokinetic dynamometry was performed to measure the maximum T and an ultrasound was used to determine the muscle architecture variables. No differences (p>0.05) were found in T isometric, concentric and eccentric contractions between the groups when these variables were properly normalized by specific allometric exponents related to body mass (BM). Additionally, biological maturation there was no consistent and independent effect of variables muscle architecture on T. The muscle thickness (MT), fascicle length (Lf), Lf normalized (Lfn), pennation angle (θp) and cross-sectional area (CSA) show no significant differences between the groups (p>0.05). Significant differences were established for the thigh muscle length and estimated knee extensors volume (MV) and muscle architecture variables were considered explanatory variables of T (10-36%). Both studies results showed that the biological maturity had a positive effect on VO2max and VT1, but there were no consistent and independent effect of the muscle architecture variables in isometric, concentric and eccentric T when these variables were properly normalized using allometric exponents related to TVM in the first study and using a specific allometric exponents related to BM in the second. These results demonstrate that the standardization is a key factor to understand the biological maturation effects on the measured variables.

O objetivo deste estudo foi comparar o efeito de um programa de treinamento excêntrico versus concêntrico nas propriedades morfológicas, mecânicas e mioelétricas da unidade músculo-tendão do quadríceps de idosos. Vinte e três sujeitos do sexo masculino (62,74±2,20 anos de idade, 80,21±14,82 kg de massa corporal e 172,02±6,11 cm de estatura) participaram de um programa de treinamento de força durante 12 semanas, duas vezes por semana, realizando extensão unilateral concêntrica em uma articulação do joelho e flexão unilateral excêntrica na articulação do joelho contralateral, a 80% de 5 Repetições Máximas (5 RM). O tratamento estatístico foi composto por teste t de Student nas comparações das diferenças obtidas entre o período pré versus pós treinamento e por ANOVA de dois fatores para comparar as diferenças entre os treinamentos concêntrico versus excêntrico nos dois períodos (pré-treinamento versus pós-treinamento), utilizando o programa de estatística GraphPad Instat versão 3.06, adotando-se um nível de significância de 5%. Nas articulações treinadas excentricamente a força medida pelo teste de 5 RM aumentou de forma significativa (p<0,05) ao longo do programa de treinamento de força, enquanto que com o treinamento concêntrico houve um aumento da força nas primeiras 6 semanas (p<0,05) que não se repetiu nas últimas 6 semanas de treinamento. Avaliando a arquitetura do músculo vasto lateral por meio da ultrassonografia (ALOKA SSD 4000), verificamos que ambos os tipos de treinamento causaram uma redução no comprimento dos fascículos e um aumento no ângulo de penação (p<0,05) sem diferença entre os tipos de treinamento e sem alterar significativamente a espessura muscular (p>0,05). Ao utilizar a ultrassonografia para avaliar a arquitetura do tendão patelar, verificamos um aumento no comprimento do tendão com os dois tipos de treinamento e um aumento na área de seção transversa do tendão apenas da articulação treinada excentricamente (p<0,05). Utilizando um dinamômetro isocinético (Biodex System 3 PRO) verificamos que tanto o treinamento concêntrico quanto o treinamento excêntrico causaram um aumento significativo do torque articular nos ângulos de 50, 60, 70 e 90° (p<0,05), mas não no ângulo de 30° (p>0,05). Adicionalmente, verificamos que o treinamento concêntrico causou um aumento significativo nas velocidades articulares de -240, -180, -120 e -60°/seg e nas velocidades de 180 e 240°/seg (p<0,05). Já o treinamento excêntrico causou um aumento significativo apenas nas velocidades de 60, 120 e 180°/seg, tanto positivas quanto negativas (p<0,05). Utilizando a eletromiografia (Bortec Medical Systems) para comparação da ativação muscular não encontramos diferença significativa em nenhuma das análises. Nossos resultados nos permitem concluir que no que tange a arquitetura muscular o treinamento concêntrico e excêntrico proporcionam adaptações muito semelhantes, enquanto que na arquitetura tendinosa isso é válido para o comprimento muscular, mas não para a área de seção transversa. Todavia o treinamento excêntrico parece trazer um aumento de força mais consistente ao longo do treinamento, ainda que nas propriedades mecânicas não tenha sido constatadas diferenças significativas entre os tipos de treinamento. No que diz respeito as propriedades mioelétricas não encontramos diferenças significativas nas adaptações tanto ao treinamento concêntrico quando excêntrico. / The purpose of this study was to compare the effects of an eccentric training versus a concentric training concerning the morphological, mechanical and mioelectric properties of the muscle-tendon unit of the quadriceps muscle in older men. Twenty three male subjects (62.74±2.20 years old, 80.21±14.82 kg of body mass and 172.02±6.11 cm height) have participated of a strength training program for 12 weeks, two times a week, performing unilateral concentric extension of one knee joint and unilateral eccentric flexion of the other knee joint, at 80% of 5RM. The statistica analyses was perfomed by Student t test to compare the differences obtained between the pre-training versus post-training period and by two-way ANOVA to compare the diferences obtained between the concentric versus eccentric training in both periods (pre-training versus post-training) using the statistical software GraphPad Instat version 3.06 assuming a 5% level of significance. On the eccentrically trained joints the strength measured by the 5RM tests increased significantly (p<0.05) during the strength training program, while with the concentric training there was an increase in strength on the first 6 weeks (p<0.05) that didn’t repeat on the last 6 weeks of training. Through the evaluation of the muscle architecture of the vast lateral muscle (ALOKA SSD 4000), we verified that both types of training have caused a shortening of the fascicle length and an increase of the penation angle (p<0.05) without differences between the types of training and without altering significantly the muscle width (p>0.05). When we used the ultrasonography to evaluate the architecture of the patellar tendon, we have verified an increase on the tendon length with both types of training and an increase of the cross-sectional area of the tendon only on the joint trained eccentrically (p<0.05). Using an isokinetic dynamometer (Biodex System 3 PRO) we verified that both the concentric and the eccentric training have caused a significant increase of the joint torque in the angles of 50°, 60°, 70° and 90° (p<0.05), but not in the angle of 30° (p>0.05). Additionally, we verified that the concentric training did cause a significant joint speed increase of -240°, -180°, -120° and -60°/sec and on the speeds of 180° and 240°/sec (p<0.05). In the case of the eccentric training, it caused a significant increase only on the speeds of 60°, 120° and 180°/sec, both positive and negative (p<0.05). Using the electromyography (Bortec Medical Systems) to compare the muscle activation of the vast lateral in different joint angles in the pre and post concentric training periods, we have not verified significant difference in any of the analysis. Our results allow us to conclude that concerning the muscle architecture, concentric and eccentric training produce very similar adaptations, whereas in the tendon architecture this is valid for the muscle length, but not for the cross-sectional area. However, the eccentric training seems to bring a more consistent gain in strength during the training, despite that on the mechanical properties there were no significant differences stated between the types of training. Concerning to the myoelectrical properties we were not able to find any significant adaptation either in concentric or eccentric training.

Introdução. O músculo esquelético se adapta a diferentes estímulos externos. Estas adaptações podem ser intrínsecas, bem como neurais, alterando a capacidade de produção de força. Portanto, é de se esperar que diferentes modalidades esportivas (ciclismo e triathlon), possuam diferentes adaptações intrínsecas e neuromusculares durante o ciclo de pedalada. O objetivo deste estudo foi investigar possíveis mudanças causadas pelo treinamento do ciclismo e do triathlon na arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e suas possíveis consequências na capacidade de produção de força no pedal durante o ciclo de pedalada. Ainda, que efeitos o nível da carga de trabalho causa nas estruturas neuromusculares e capacidade de produção de força no pedal. Artigo I. A arquitetura muscular de ciclistas e triatletas não parece ter sido determinada. O presente estudo compara a arquitetura muscular, unidade músculo tendão, ativação muscular e forças no pedal entre ciclistas, triatletas e não-atletas ao longo do ciclo da pedalada. Os sujeitos realizaram um teste incremental para determinar a potência máxima. Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registradas na potência máxima correspondente a primeira sessão na cadência de 90 rpm. O maior ângulo de penação e menor comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas apresentam maior ativação do reto femoral que ciclistas e não-atletas (p < 0,05); e ciclistas tem maior ativação, comparados a não-atletas (p < 0,05). Triatletas e nãoatletas apresentam maior ativação do sóleo que ciclistas (p < 0,05) nos primeiros 90° do ciclo de pedalada, enquanto ciclistas ativam mais o sóleo que triatletas e não-atletas (p < 0,05) dos 90° aos 180° do ciclo de pedalada. Triatletas aplicam maior força resultante no pedal comparados a não-atletas no segundo quadrante, enquanto que no quarto quadrante não-atletas apresentam maior força resultante no pedal que ciclistas e triatletas (p < 0,05). O índice de efetividade é maior em ciclistas e triatletas, comparados a não atletas (p < 0,05). Ciclitas e triatletas são semelhantes na arquitetura muscular e forças no pedal, mas apresentam menor comprimento de fascículo e maior ângulo de penação, além de melhor eficiência das forças aplicadas ao pedal em relação a nãoatletas. Artigo II. Os efeitos da carga de trabalho na arquitetura muscular de ciclistas e triatletas ainda necessitam de melhores esclarecimentos. O objetivo deste estudo foi comparar a arquitetura muscular, unidade musculo-tendão, ativação muscular e forças no pedal em ciclistas, triatletas e não-atletas em diferentes níveis de carga de trabalho durante a fase propulsiva do ciclo de pedalada. Os participantes realizaram teste incremental para determinar o nível da carga de trabalho (máxima potência e potências correspondentes ao primeiro e segundo limiares ventilatórios). Forças no pedal, ativação muscular, cinemática articular e arquitetura muscular foram registrados um dia após a determinação dos respectivos níveis de carga de trabalho. Maior ângulo de penação e menor do comprimento de fascículo foram encontrados em ciclistas e triatletas, comparados a não-atletas (p < 0,05). A arquitetura muscular e a unidade músculotendão não sofreram alterações com o nível da carga de trabalho (p > 0,05). Ciclistas tem menor ativação do músculo vasto medial, comparados a triatletas e maior ativação do músculo sóleo comparados a triatletas e não-atletas (p < 0,05). Os músculos vasto medial, reto femoral, bíceps femoral e sóleo são mais ativados da com o incremento do nível da carga de trabalho (p < 0,05), sem alterações nos músculos tibial anterior e gastrocnêmio medial (p > 0,05). A força resultante e o índice de efetividade não diferem entre os grupos (p > 0,05). O incremento do nível da carga de trabalho aumenta a força resultante (p < 0,05) sem alterações no índice de efetividade (p > 0,05). Ciclistas e triatletas tem arquitetura muscular similar, mas diferem de não-atletas. O incremento da carga de trabalho, provoca aumento a ativação muscular e a força resultante. / Introduction. Skeletal muscle adapts to different external stimuli, and this adaptation can lead to intrinsic and neural changes, altering the capacity of the force produced. Therefore it is expected that different sports (cycling and triathlon) have different intrinsic and neuromuscular adaptations during crank cycle. Therefore, the objective of this study is to investigate possible changes caused to sports training (cycling and triathlon) in muscle architecture, muscle-tendon unit, muscle activation and its consequences in capacity of pedal force production in crank cycle. Furthermore, it is aimed at determining the effects of different effort levels on the muscle structures neural activation and pedal force mentioned above. Article I. Muscle architecture of cyclists and triathletes during pedaling is unknown. Our study compared muscle architecture, muscle-tendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes during a complete crank cycle. Participants performed an incremental test to determine maximal power output. Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at maximal power output and 90 rpm of cadence. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Higher activation of rectus femoris for triathletes than cyclists and non-athletes (p < 0.05); and for cyclists compared to non-athletes were observed (p < 0.05). Triathletes and non-athletes had higher activation of soleus than cyclists (p < 0.05). Cyclists had higher soleus activation than triathletes and non-athletes (p < 0.05). Triathletes applied greater resultant force on the pedal compared to non-athletes in second quarter while non-athletes presented higher resultant force than triathletes and cyclists in fourth quarter (p < 0.05). The index of effectiveness was higher for the athletes compared to non-athletes (p < 0.05). Cyclists and triathletes were similar in terms of muscle architecture and pedal forces but presented increased in pennation angle and shorter fascicle length for cyclists and triathletes compared to non-athletes and better efficiency of the forces applied to the pedal in relation to non-athletes. Article II. Effects of workload level in cyclists and triathletes’ muscle architecture during pedalling is unknown. Our goal was to compare muscle architecture, muscletendon unit and activation, and pedal forces of cyclists, triathletes and non-athletes at different workload levels during the propulsive phase of the crank cycle. Participants performed an incremental test to determine workload level (maximal power output and power output of the first and second ventilatory thresholds). Pedal forces, muscle activation, joint kinematics and muscle architecture were recorded at pre-set workload level. Increased pennation angle and shorter fascicle length were found for cyclists and triathletes compared to non-athletes (p < 0.05). Muscle architecture and muscle-tendon unit length were not affected by workload level (p > 0.05). Cyclists achieved lower activation of vastus medialis compared to triathletes, and higher activation of soleus compared to triathletes and non-athletes (p < 0.05). Vastus medialis, rectus femoris, biceps femoris and soleus activations were increased at higher workload level for all groups (p < 0.05) without changes for tibialis anterior and gastrocnemius medialis (p > 0,05). Resultant force and effectiveness index did not differ for between groups (p > 0. 05). Higher workload level increased resultant force (p < 0.05) without changes in index of effectiveness (p > 0.05). Cyclists and triathletes were similar for muscle architecture but differed to non-athletes. Higher workload level increased muscle activation and resultant force.

Introdução: A espasticidade é frequentemente observada após o acidente vascular cerebral (AVC); entretanto, os efeitos da mesma sobre a estrutura e função muscular não são totalmente conhecidos. A arquitetura muscular é um dos fatores determinantes da funcionalidade de músculos saudáveis, e está relacionada às propriedades mecânicas musculares, como a capacidade de produção de força. No entanto, a força desenvolvida pelo componente contrátil é afetada não somente pela arquitetura muscular, mas também pelas propriedades morfológicas e mecânicas das estruturas tendíneas, as quais são responsáveis pela transmissão de força durante atividades da vida diária. Este trabalho está dividido em dois artigos: o primeiro procura identificar os efeitos da espasticidade sobre a estrutura e função do músculo gastrocnêmio medial, enquanto o segundo, os efeitos dessa doença sobre as propriedades estruturais e mecânicas do tendão de Aquiles. Artigo I: O objetivo deste estudo foi investigar as propriedades mecânicas do músculo gastrocnêmio medial de pacientes pós-AVC com hemiparesia espástica e de indivíduos saudáveis. Foram avaliadas mudanças na arquitetura muscular e no torque em diferentes ângulos articulares nas condições repouso e contração voluntária máxima isométrica. Participaram do estudo 15 sujeitos pós-AVC com espasticidade de tornozelo e um grupo controle de 15 sujeitos saudáveis. Para o posicionamento articular e obtenção do torque isométrico máximo de flexão plantar foi utilizado um dinamômetro isocinético, enquanto imagens do músculo gastrocnêmio medial foram obtidas por ultrassonografia. As imagens foram coletadas em repouso e durante uma contração voluntária máxima isométrica nos ângulos de 30° de flexão plantar, 0° e na máxima dorsiflexão. As comparações foram realizadas entre os lados afetado e não afetado pela espasticidade nos indivíduos pós-AVC e lado direito dos indivíduos saudáveis. O lado afetado apresentou mudanças na estrutura muscular observada pelo menor comprimento de fascículo e espessura em repouso, bem como na funcionalidade muscular observada pelo menor torque e ângulo de penação durante a contração voluntária máxima isométrica além da menor excursão fascicular. O lado não afetado parece apresentar uma estrutura muscular semelhante aquela de indivíduos saudáveis em função da ausência de diferenças nos parâmetros de arquitetura muscular no repouso e contração voluntária máxima isométrica, mas demonstrou prejuízos na capacidade de produção de força. Artigo II: O objetivo do presente estudo foi avaliar, de forma ativa, as propriedades mecânicas do tendão de Aquiles de indivíduos pós-AVC com hemiparesia espástica e de indivíduos saudáveis. Participaram do estudo 15 sujeitos pós-AVC com espasticidade de tornozelo e um grupo controle de 15 sujeitos saudáveis. Para o posicionamento articular e realização dos protocolos foi utilizado um dinamômetro isocinético. As imagens do comprimento e área de secção transversa, bem como o deslocamento da junção miotendínea do tendão de Aquiles com o músculo gastrocnêmio medial, foram obtidos por meio da ultrassonografia. As imagens do comprimento e área de secção transversa foram coletadas em repouso, e o deslocamento da junção miotendínea do tendão de Aquiles durante uma contração voluntária máxima isométrica em rampa no ângulo de 0° do tornozelo. Foram avaliados a força, deformação, stress, strain, rigidez e módulo de Young do tendão de Aquiles. As comparações foram realizadas entre os lados afetado e não afetado pela espasticidade nos indivíduos pós-AVC e lado direito dos indivíduos saudáveis. Os lados afetado e não afetado do grupo AVC apresentaram alteração na morfologia do tendão de Aquiles observada pela área de secção transversa reduzida. Em relação às propriedades mecânicas, o lado afetado quando comparado ao lado não afetado e lado direito dos sujeitos saudáveis, demonstra estar prejudicado apresentando redução da força e deformação (absolutas e relativas) bem como menores valores de rigidez e módulo de Young. O membro não afetado apresentou redução da força, deformação e rigidez quando comparado ao lado direito dos sujeitos saudáveis. Entretanto, quando estas propriedades mecânicas do lado não afetado são normalizadas pelos parâmetros morfológicos (área de secção transversa e comprimento do tendão), as mesmas apresentam-se semelhantes ao tendão de indivíduos saudáveis. / Introduction: Spasticity often occurs after a stroke; yet, its effects on muscle structure and function are not fully understood. Muscle architecture is one determinant factor of the functionality of healthy muscles, and it’s related to the mechanical properties of muscles, like the ability to produce force. However, the force developed by the contractile component is affected not only by the muscular architecture, but also by morphological and mechanical properties of tendon structures, which are responsible for force transmission during activities of daily living. This work is divided into two articles: the first one tries to identify the effects of spasticity on the structure and function of the medial gastrocnemius muscle, while the second one tries to describe the effects of this disease on the structural and mechanical properties of the Achilles tendon. Study I: The purpose of this study was to investigate the mechanical properties of the medial gastrocnemius muscle in post-stroke patients affected by spastic hemiparesis and healthy subjects. We evaluated changes in muscle architecture and torque at different joint angles in rest condition and in maximum voluntary isometric contraction. The study included 15 subjects that survived from a stroke with ankle spasticity and a control group of 15 healthy subjects. An isokinetic dynamometer was used for joint positioning and obtainment of maximal isometric torque for plantar flexion, while images of the medial gastrocnemius muscle were obtained using ultrasonography. Images were collected at rest and during a maximum voluntary isometric contraction at 30° of plantar flexion, 0° and maximum dorsiflexion. We compared both limbs in post-stroke individuals, affected and non-affected by spasticity, and only the right side in healthy subjects. The spastic side showed changes in muscle structure observed by the shortening in fascicle length and smaller muscle thickness at rest, and in muscular functionality seen by the lower torque and smaller pennation angle during maximum voluntary isometric contraction, as well as in the smaller fascicular excursion. The unaffected side appears to have a muscular structure similar to healthy subjects, because there were no differences in muscle architecture parameters at rest and at maximum voluntary isometric contraction, but it showed impairments in the ability to produce force. Study II: The purpose of this study was to evaluate, in an active way, the mechanical properties of the Achilles tendon in post-stroke individuals with spastic hemiparesis and in healthy subjects. The study included 15 stroke survivors with ankle spasticity and a control group of 15 healthy subjects. An isokinetic dynamometer was used for joint positioning and obtainment of maximal isometric torque for plantar flexion. The images of the length, cross-sectional area and the displacement of the myotendinous junction of Achilles tendon with the medial gastrocnemius muscle were obtained using ultrasonography. The images of length and cross-sectional area were collected at rest and during a maximum voluntary isometric contraction in ramp at the ankle angle of 0°. We evaluated the strength, deformation, stress, strain, stiffness and Young's modulus of the Achilles tendon. We compared both limbs in post-stroke individuals, affected and non-affected by spasticity, and only the right side in healthy subjects. Both affected and non-affected sides of the stroke survivors group showed abnormalities in the Achilles tendon’s morphology observed by the reduced cross-sectional area. Regarding the mechanical properties, the affected side, when compared to the unaffected side and to the dominant side of healthy subjects, proves to be impaired, showing decrease in strength and deformation (both absolute and relative) and lower values of stiffness and Young's modulus. The unaffected limb showed decreased strength, deformation and stiffness when compared to the dominant side of healthy subjects. However, when these mechanical properties of the unaffected side are normalized by morphological parameters (cross-sectional area and length), they become similar to healthy subjects’ tendons.

Introdução: A demanda funcional decorrente do treinamento desportivo determina adaptações estruturais e funcionais no sistema musculoesquelético. A Ginástica Rítmica (GR) e a Ginástica Artística (GA) são modalidades que apresentam diferentes exigências mecânicas. A GR é caracterizada por movimentos corporais aliados à manipulação de aparelhos portáteis, que exige grande capacidade de contração dos membros inferiores de maneira rápida, contínua e em extrema amplitude articular. Por outro lado, a GA enfatiza movimentos de curta duração, com elevações do centro de gravidade, rotações do corpo no ar e aterrissagens precisas no solo, que exigem grande produção de força e potência dos membros inferiores. Assim, ambas as modalidades necessitam gerar força nos membros inferiores, porém em diferentes intensidades. Essas distintas demandas mecânicas de cada modalidade determinam diferentes adaptações morfológicas e funcionais que podem influenciar no desempenho desportivo. Além disso, essa demanda mecânica tem impacto direto sobre o joelho, uma das mais importantes e requisitadas articulações no desempenho esportivo da ginástica. Entretanto, pouco se sabe sobre as adaptações estruturais e funcionais decorrentes do treinamento nessas diferentes modalidades da ginástica, assim como sobre a musculatura que atua na articulação do joelho e sua influência no desempenho. O primeiro objetivo desta dissertação foi avaliar e comparar a arquitetura muscular e as propriedades morfológicas do tendão patelar entre atletas de GR e GA, bem como verificar a influência dessas variáveis sobre a impulsão vertical. O segundo objetivo foi avaliar e comparar as propriedades neuromecânicas dos extensores do joelho entre atletas de GR e GA. Capítulo I: O objetivo deste estudo foi avaliar e comparar as variáveis da arquitetura muscular: 1) comprimento de fascículo (CF); 2) ângulo de penação (AP); 3) espessura muscular (EM) do vasto lateral (VL) e as propriedades morfológicas do tendão patelar (TP): a) comprimento de tendão (CT); b) área de secção transversa do tendão (AST-TP) entre atletas de GR e GA, bem como verificar a influência dessas variáveis sobre o desempenho no salto vertical. Participaram do estudo oito atletas de GR e 10 atletas de GA, todas competidoras em nível nacional. A avaliação da impulsão vertical foi realizada por meio do teste counter-movement jump (CMJ) em uma plataforma de força. A imagem da arquitetura muscular do VL do membro dominante foi obtida por meio de um aparelho de ultrassonografia, assim como o CT e AST-TP. O comprimento de fascículo foi normalizado pelo comprimento da coxa. Para a impulsão vertical, atletas de GA apresentaram maiores alturas de salto comparadas às atletas de GR (p<0,01). Em relação à arquitetura muscular, atletas de GR apresentaram maior CF (absoluto e normalizado) e EM do VL (p<0,01), enquanto as atletas de GA apresentaram maior AP (p<0,01). O CT foi maior no grupo GR (p<0,01), enquanto a AST-TP foi maior no grupo GA (p<0,01). Por meio de regressões lineares foi possível observar que o CF demonstrou uma correlação negativa e uma influência de 34% sobre a altura do CMJ, enquanto a AST-TP demonstrou uma correlação positiva e uma influência de 53% sobre a altura do salto. AP, EM e CT não apresentaram influência significativa. Atletas de GR e de GA apresentam adaptações distintas na arquitetura do VL e na morfologia do TP, sendo que menores CF e maior AST-TP parece influenciar positivamente no desempenho do salto. Capítulo II: O objetivo do presente estudo foi avaliar e comparar os seguintes parâmetros neuromecânicos: torque isométrico máximo, taxa de produção de força (TPF), integral do sinal eletromiográfico (iEMG), torque isocinético máximo, trabalho (W) e potência (P) entre atletas de GR e GA. Participaram do estudo oito atletas de GR e 10 atletas de GA, todas competidoras em nível nacional. A avaliação dos torques foi realizada em um dinamômetro isocinético. Primeiramente, foi realizado um protocolo composto por três contrações isométricas máximas (CVMi) de extensão no ângulo de 70 de flexão do joelho, em que foram coletados os dados de pico de torque isométrico, TPF nos tempos de 15, 30, 50, 100, 150, 200, 250, 300ms e iEMG dos músculos bíceps femoral (BF), vasto lateral (VL), reto femoral (RF) e vasto medial (VM) nos tempos de 25 a 300 ms, em intervalos de 25ms. Após um intervalo de cinco minutos, foi realizado o segundo protocolo composto por cinco contrações concêntricas de extensão do joelho, nas velocidades de 60/s, 120/s e 180/s, em que foram obtidos os dados de pico de torque isocinético, W e P. Os valores de torque, W e P foram normalizados pela massa corporal total e a iEMG normalizada pelo valor da integral no pico de torque para cada músculo (niEMG). Em relação ao protocolo isométrico, ginastas artísticas apresentaram maior pico de torque (p<0,01) e TPF em todos os tempos avaliados (p<0,05). Para a niEMG, atletas de GA apresentaram maiores valores do BF a partir de 200ms, do VL a partir de 50ms e do RF em todos os tempos avaliados (p<0,05). A niEMG VM não apresentou diferenças entre os grupos (p>0,05). Já em relação ao protocolo isocinético, atletas de GA apresentaram maiores valores de pico de torque (p<0,01), W e P (p<0,05) em todas as velocidades testadas. Ginastas rítmicas e artísticas apresentam distintas características neuromusculares dos extensores do joelho que estão relacionadas às demandas mecânicas específicas de cada esporte. / Introduction: Functional demands from sports training determine functional and structural adaptations to the musculoskeletal system that affect performance. Training of rhythmic gymnastics (RG) and artistic gymnastic (AG) impose different mechanical demand to athletes. RG involves manipulation of apparatus and movements with large ranges of motion continuously performed by rapid movements of the lower limbs. On the other hand, AG involves explosive movements with larger focus on moving the body centre of mass during rotations, jumps and landing, leading to extreme force and power production by lower limb muscles. Therefore, both disciplines elicit force production in different patterns either, slow and continuous (for RG), or in short duration (for AG). These differences result in unlike mechanical demands applied to the skeletal muscles and potentially lead to particular morphological adaptation that could affect sports performance. Likewise, mechanical demand from gymnastics directly affects knee joint related structures, which is one of the key joints for performance in gymnastics. However, little is known on the adaptation of knee muscles from gymnastics training and potential effects in performance. The aim of this dissertation was to assess and compare muscle architecture and morphological properties of patellar tendon in RG and AG athletes along with influence from these variables in vertical jump. A second aim was to assess and compare neuromechanical properties of knee joint extensors in RG and AG athletes. Chapter I: The aims of this chapter were to 1) assess and compare vastus lateralis muscle architecture (i.e. fascicle length, pennation angle, and muscle thickness) and morphological properties of the patellar tendon (i.e. tendon length, tendon cross-section area) between RG and AG athletes, and 2) to assess the effects of muscle architecture and tendon morphology in vertical jump. Eight RG and ten AG athletes with national raking level have taken part of this study. Counter movement jump was assessed using a force plate. Ultrasound images were taken from the vastus lateralis from the dominant limb, as well as tendon length and tendon cross-section area. The fascicle length was expressed as relative values to the thigh length. Greater vertical jump height was observed for AG than RG (p<0,01).For muscle architecture, RG athletes presented longer fascicle length (absolute and relative) and muscle thickness for vastus lateralis (p<0,01), while AG athletes showed greater pennation angle (p<0,01). Tendon length was longer for RG athletes (p<0,01) whilst tendon cross-section area was larger for AG athletes (p<0,01). Linear regressions indicated an inverse relationship between fascicle length and jump height (R2 = 34%) and tendon cross-section area was directly related to jump height (R2 = 53%). Differently, pennation angle, muscle thickness and tendon length did not show any association to vertical jump height. RG and AG showed different adaptation from training for vastus lateralis and patellar tendon. Shorter fascicle lengths and larger patellar tendon cross-section areas may dictate jump height performance. Chapter II: The aim of this study was to assess maximal isometric knee extensor torque, rate of force development, integral of electromyography signals (iEMG), maximal isokinetic knee extensor torque, total work (W) and power output (P) in RG and AG athletes. Eight RG and ten AG athletes with national raking level have taken part of this study. Knee joint torque was assessed using an isokinetic dynamometer. Three maximal voluntary isometric contractions of knee extensors were performed at 70° of knee flexion in order to compute peak torque, rate of force development (at 15, 30, 50, 100, 150, 200, 250 and 300 ms from early force development) and iEMG from biceps femoris, vastus lateralis, rectus femoris and vastus medialis at 25 and 300 ms. After five minutes of rest, five maximal knee extension concentric contractions were performed in isokinetic mode at 60°/s, 120°/s and 180 °/s for peak torque, mechanical work and power output records. Torque, W and P were normalized to body mass and iEMG were normalized to peak torque integral (niEMG). For the isometric testing, AG presented greater peak torque (p<0,01) and increased rate for force development (p<0,05) then RG athletes. For niEMG, AG athletes showed increased activation for biceps femoris after 200 ms (p<0,05), for vastus lateralis after 50 ms (p<0,05) and for rectus femoris (p<0,05) during all duration of tests then RG athletes. No differences were observed for vastus medialis between AG and RG athletes (p>0,05). For isokinetic testing, AG athletes showed larger peak torque (p<0,01), increased W (p<0,05) and greater P (p<0,05) then RG athletes. RG and AG athletes showed different neuromechanical characteristics for their knee extensors that are potentially associated to mechanical demands observed in their training programs.

Introdução: A espasticidade é frequentemente observada após o acidente vascular cerebral (AVC); entretanto, os efeitos da mesma sobre a estrutura e função muscular não são totalmente conhecidos. A arquitetura muscular é um dos fatores determinantes da funcionalidade de músculos saudáveis, e está relacionada às propriedades mecânicas musculares, como a capacidade de produção de força. No entanto, a força desenvolvida pelo componente contrátil é afetada não somente pela arquitetura muscular, mas também pelas propriedades morfológicas e mecânicas das estruturas tendíneas, as quais são responsáveis pela transmissão de força durante atividades da vida diária. Este trabalho está dividido em dois artigos: o primeiro procura identificar os efeitos da espasticidade sobre a estrutura e função do músculo gastrocnêmio medial, enquanto o segundo, os efeitos dessa doença sobre as propriedades estruturais e mecânicas do tendão de Aquiles. Artigo I: O objetivo deste estudo foi investigar as propriedades mecânicas do músculo gastrocnêmio medial de pacientes pós-AVC com hemiparesia espástica e de indivíduos saudáveis. Foram avaliadas mudanças na arquitetura muscular e no torque em diferentes ângulos articulares nas condições repouso e contração voluntária máxima isométrica. Participaram do estudo 15 sujeitos pós-AVC com espasticidade de tornozelo e um grupo controle de 15 sujeitos saudáveis. Para o posicionamento articular e obtenção do torque isométrico máximo de flexão plantar foi utilizado um dinamômetro isocinético, enquanto imagens do músculo gastrocnêmio medial foram obtidas por ultrassonografia. As imagens foram coletadas em repouso e durante uma contração voluntária máxima isométrica nos ângulos de 30° de flexão plantar, 0° e na máxima dorsiflexão. As comparações foram realizadas entre os lados afetado e não afetado pela espasticidade nos indivíduos pós-AVC e lado direito dos indivíduos saudáveis. O lado afetado apresentou mudanças na estrutura muscular observada pelo menor comprimento de fascículo e espessura em repouso, bem como na funcionalidade muscular observada pelo menor torque e ângulo de penação durante a contração voluntária máxima isométrica além da menor excursão fascicular. O lado não afetado parece apresentar uma estrutura muscular semelhante aquela de indivíduos saudáveis em função da ausência de diferenças nos parâmetros de arquitetura muscular no repouso e contração voluntária máxima isométrica, mas demonstrou prejuízos na capacidade de produção de força. Artigo II: O objetivo do presente estudo foi avaliar, de forma ativa, as propriedades mecânicas do tendão de Aquiles de indivíduos pós-AVC com hemiparesia espástica e de indivíduos saudáveis. Participaram do estudo 15 sujeitos pós-AVC com espasticidade de tornozelo e um grupo controle de 15 sujeitos saudáveis. Para o posicionamento articular e realização dos protocolos foi utilizado um dinamômetro isocinético. As imagens do comprimento e área de secção transversa, bem como o deslocamento da junção miotendínea do tendão de Aquiles com o músculo gastrocnêmio medial, foram obtidos por meio da ultrassonografia. As imagens do comprimento e área de secção transversa foram coletadas em repouso, e o deslocamento da junção miotendínea do tendão de Aquiles durante uma contração voluntária máxima isométrica em rampa no ângulo de 0° do tornozelo. Foram avaliados a força, deformação, stress, strain, rigidez e módulo de Young do tendão de Aquiles. As comparações foram realizadas entre os lados afetado e não afetado pela espasticidade nos indivíduos pós-AVC e lado direito dos indivíduos saudáveis. Os lados afetado e não afetado do grupo AVC apresentaram alteração na morfologia do tendão de Aquiles observada pela área de secção transversa reduzida. Em relação às propriedades mecânicas, o lado afetado quando comparado ao lado não afetado e lado direito dos sujeitos saudáveis, demonstra estar prejudicado apresentando redução da força e deformação (absolutas e relativas) bem como menores valores de rigidez e módulo de Young. O membro não afetado apresentou redução da força, deformação e rigidez quando comparado ao lado direito dos sujeitos saudáveis. Entretanto, quando estas propriedades mecânicas do lado não afetado são normalizadas pelos parâmetros morfológicos (área de secção transversa e comprimento do tendão), as mesmas apresentam-se semelhantes ao tendão de indivíduos saudáveis. / Introduction: Spasticity often occurs after a stroke; yet, its effects on muscle structure and function are not fully understood. Muscle architecture is one determinant factor of the functionality of healthy muscles, and it’s related to the mechanical properties of muscles, like the ability to produce force. However, the force developed by the contractile component is affected not only by the muscular architecture, but also by morphological and mechanical properties of tendon structures, which are responsible for force transmission during activities of daily living. This work is divided into two articles: the first one tries to identify the effects of spasticity on the structure and function of the medial gastrocnemius muscle, while the second one tries to describe the effects of this disease on the structural and mechanical properties of the Achilles tendon. Study I: The purpose of this study was to investigate the mechanical properties of the medial gastrocnemius muscle in post-stroke patients affected by spastic hemiparesis and healthy subjects. We evaluated changes in muscle architecture and torque at different joint angles in rest condition and in maximum voluntary isometric contraction. The study included 15 subjects that survived from a stroke with ankle spasticity and a control group of 15 healthy subjects. An isokinetic dynamometer was used for joint positioning and obtainment of maximal isometric torque for plantar flexion, while images of the medial gastrocnemius muscle were obtained using ultrasonography. Images were collected at rest and during a maximum voluntary isometric contraction at 30° of plantar flexion, 0° and maximum dorsiflexion. We compared both limbs in post-stroke individuals, affected and non-affected by spasticity, and only the right side in healthy subjects. The spastic side showed changes in muscle structure observed by the shortening in fascicle length and smaller muscle thickness at rest, and in muscular functionality seen by the lower torque and smaller pennation angle during maximum voluntary isometric contraction, as well as in the smaller fascicular excursion. The unaffected side appears to have a muscular structure similar to healthy subjects, because there were no differences in muscle architecture parameters at rest and at maximum voluntary isometric contraction, but it showed impairments in the ability to produce force. Study II: The purpose of this study was to evaluate, in an active way, the mechanical properties of the Achilles tendon in post-stroke individuals with spastic hemiparesis and in healthy subjects. The study included 15 stroke survivors with ankle spasticity and a control group of 15 healthy subjects. An isokinetic dynamometer was used for joint positioning and obtainment of maximal isometric torque for plantar flexion. The images of the length, cross-sectional area and the displacement of the myotendinous junction of Achilles tendon with the medial gastrocnemius muscle were obtained using ultrasonography. The images of length and cross-sectional area were collected at rest and during a maximum voluntary isometric contraction in ramp at the ankle angle of 0°. We evaluated the strength, deformation, stress, strain, stiffness and Young's modulus of the Achilles tendon. We compared both limbs in post-stroke individuals, affected and non-affected by spasticity, and only the right side in healthy subjects. Both affected and non-affected sides of the stroke survivors group showed abnormalities in the Achilles tendon’s morphology observed by the reduced cross-sectional area. Regarding the mechanical properties, the affected side, when compared to the unaffected side and to the dominant side of healthy subjects, proves to be impaired, showing decrease in strength and deformation (both absolute and relative) and lower values of stiffness and Young's modulus. The unaffected limb showed decreased strength, deformation and stiffness when compared to the dominant side of healthy subjects. However, when these mechanical properties of the unaffected side are normalized by morphological parameters (cross-sectional area and length), they become similar to healthy subjects’ tendons.

Introdução: A demanda funcional decorrente do treinamento desportivo determina adaptações estruturais e funcionais no sistema musculoesquelético. A Ginástica Rítmica (GR) e a Ginástica Artística (GA) são modalidades que apresentam diferentes exigências mecânicas. A GR é caracterizada por movimentos corporais aliados à manipulação de aparelhos portáteis, que exige grande capacidade de contração dos membros inferiores de maneira rápida, contínua e em extrema amplitude articular. Por outro lado, a GA enfatiza movimentos de curta duração, com elevações do centro de gravidade, rotações do corpo no ar e aterrissagens precisas no solo, que exigem grande produção de força e potência dos membros inferiores. Assim, ambas as modalidades necessitam gerar força nos membros inferiores, porém em diferentes intensidades. Essas distintas demandas mecânicas de cada modalidade determinam diferentes adaptações morfológicas e funcionais que podem influenciar no desempenho desportivo. Além disso, essa demanda mecânica tem impacto direto sobre o joelho, uma das mais importantes e requisitadas articulações no desempenho esportivo da ginástica. Entretanto, pouco se sabe sobre as adaptações estruturais e funcionais decorrentes do treinamento nessas diferentes modalidades da ginástica, assim como sobre a musculatura que atua na articulação do joelho e sua influência no desempenho. O primeiro objetivo desta dissertação foi avaliar e comparar a arquitetura muscular e as propriedades morfológicas do tendão patelar entre atletas de GR e GA, bem como verificar a influência dessas variáveis sobre a impulsão vertical. O segundo objetivo foi avaliar e comparar as propriedades neuromecânicas dos extensores do joelho entre atletas de GR e GA. Capítulo I: O objetivo deste estudo foi avaliar e comparar as variáveis da arquitetura muscular: 1) comprimento de fascículo (CF); 2) ângulo de penação (AP); 3) espessura muscular (EM) do vasto lateral (VL) e as propriedades morfológicas do tendão patelar (TP): a) comprimento de tendão (CT); b) área de secção transversa do tendão (AST-TP) entre atletas de GR e GA, bem como verificar a influência dessas variáveis sobre o desempenho no salto vertical. Participaram do estudo oito atletas de GR e 10 atletas de GA, todas competidoras em nível nacional. A avaliação da impulsão vertical foi realizada por meio do teste counter-movement jump (CMJ) em uma plataforma de força. A imagem da arquitetura muscular do VL do membro dominante foi obtida por meio de um aparelho de ultrassonografia, assim como o CT e AST-TP. O comprimento de fascículo foi normalizado pelo comprimento da coxa. Para a impulsão vertical, atletas de GA apresentaram maiores alturas de salto comparadas às atletas de GR (p<0,01). Em relação à arquitetura muscular, atletas de GR apresentaram maior CF (absoluto e normalizado) e EM do VL (p<0,01), enquanto as atletas de GA apresentaram maior AP (p<0,01). O CT foi maior no grupo GR (p<0,01), enquanto a AST-TP foi maior no grupo GA (p<0,01). Por meio de regressões lineares foi possível observar que o CF demonstrou uma correlação negativa e uma influência de 34% sobre a altura do CMJ, enquanto a AST-TP demonstrou uma correlação positiva e uma influência de 53% sobre a altura do salto. AP, EM e CT não apresentaram influência significativa. Atletas de GR e de GA apresentam adaptações distintas na arquitetura do VL e na morfologia do TP, sendo que menores CF e maior AST-TP parece influenciar positivamente no desempenho do salto. Capítulo II: O objetivo do presente estudo foi avaliar e comparar os seguintes parâmetros neuromecânicos: torque isométrico máximo, taxa de produção de força (TPF), integral do sinal eletromiográfico (iEMG), torque isocinético máximo, trabalho (W) e potência (P) entre atletas de GR e GA. Participaram do estudo oito atletas de GR e 10 atletas de GA, todas competidoras em nível nacional. A avaliação dos torques foi realizada em um dinamômetro isocinético. Primeiramente, foi realizado um protocolo composto por três contrações isométricas máximas (CVMi) de extensão no ângulo de 70 de flexão do joelho, em que foram coletados os dados de pico de torque isométrico, TPF nos tempos de 15, 30, 50, 100, 150, 200, 250, 300ms e iEMG dos músculos bíceps femoral (BF), vasto lateral (VL), reto femoral (RF) e vasto medial (VM) nos tempos de 25 a 300 ms, em intervalos de 25ms. Após um intervalo de cinco minutos, foi realizado o segundo protocolo composto por cinco contrações concêntricas de extensão do joelho, nas velocidades de 60/s, 120/s e 180/s, em que foram obtidos os dados de pico de torque isocinético, W e P. Os valores de torque, W e P foram normalizados pela massa corporal total e a iEMG normalizada pelo valor da integral no pico de torque para cada músculo (niEMG). Em relação ao protocolo isométrico, ginastas artísticas apresentaram maior pico de torque (p<0,01) e TPF em todos os tempos avaliados (p<0,05). Para a niEMG, atletas de GA apresentaram maiores valores do BF a partir de 200ms, do VL a partir de 50ms e do RF em todos os tempos avaliados (p<0,05). A niEMG VM não apresentou diferenças entre os grupos (p>0,05). Já em relação ao protocolo isocinético, atletas de GA apresentaram maiores valores de pico de torque (p<0,01), W e P (p<0,05) em todas as velocidades testadas. Ginastas rítmicas e artísticas apresentam distintas características neuromusculares dos extensores do joelho que estão relacionadas às demandas mecânicas específicas de cada esporte. / Introduction: Functional demands from sports training determine functional and structural adaptations to the musculoskeletal system that affect performance. Training of rhythmic gymnastics (RG) and artistic gymnastic (AG) impose different mechanical demand to athletes. RG involves manipulation of apparatus and movements with large ranges of motion continuously performed by rapid movements of the lower limbs. On the other hand, AG involves explosive movements with larger focus on moving the body centre of mass during rotations, jumps and landing, leading to extreme force and power production by lower limb muscles. Therefore, both disciplines elicit force production in different patterns either, slow and continuous (for RG), or in short duration (for AG). These differences result in unlike mechanical demands applied to the skeletal muscles and potentially lead to particular morphological adaptation that could affect sports performance. Likewise, mechanical demand from gymnastics directly affects knee joint related structures, which is one of the key joints for performance in gymnastics. However, little is known on the adaptation of knee muscles from gymnastics training and potential effects in performance. The aim of this dissertation was to assess and compare muscle architecture and morphological properties of patellar tendon in RG and AG athletes along with influence from these variables in vertical jump. A second aim was to assess and compare neuromechanical properties of knee joint extensors in RG and AG athletes. Chapter I: The aims of this chapter were to 1) assess and compare vastus lateralis muscle architecture (i.e. fascicle length, pennation angle, and muscle thickness) and morphological properties of the patellar tendon (i.e. tendon length, tendon cross-section area) between RG and AG athletes, and 2) to assess the effects of muscle architecture and tendon morphology in vertical jump. Eight RG and ten AG athletes with national raking level have taken part of this study. Counter movement jump was assessed using a force plate. Ultrasound images were taken from the vastus lateralis from the dominant limb, as well as tendon length and tendon cross-section area. The fascicle length was expressed as relative values to the thigh length. Greater vertical jump height was observed for AG than RG (p<0,01).For muscle architecture, RG athletes presented longer fascicle length (absolute and relative) and muscle thickness for vastus lateralis (p<0,01), while AG athletes showed greater pennation angle (p<0,01). Tendon length was longer for RG athletes (p<0,01) whilst tendon cross-section area was larger for AG athletes (p<0,01). Linear regressions indicated an inverse relationship between fascicle length and jump height (R2 = 34%) and tendon cross-section area was directly related to jump height (R2 = 53%). Differently, pennation angle, muscle thickness and tendon length did not show any association to vertical jump height. RG and AG showed different adaptation from training for vastus lateralis and patellar tendon. Shorter fascicle lengths and larger patellar tendon cross-section areas may dictate jump height performance. Chapter II: The aim of this study was to assess maximal isometric knee extensor torque, rate of force development, integral of electromyography signals (iEMG), maximal isokinetic knee extensor torque, total work (W) and power output (P) in RG and AG athletes. Eight RG and ten AG athletes with national raking level have taken part of this study. Knee joint torque was assessed using an isokinetic dynamometer. Three maximal voluntary isometric contractions of knee extensors were performed at 70° of knee flexion in order to compute peak torque, rate of force development (at 15, 30, 50, 100, 150, 200, 250 and 300 ms from early force development) and iEMG from biceps femoris, vastus lateralis, rectus femoris and vastus medialis at 25 and 300 ms. After five minutes of rest, five maximal knee extension concentric contractions were performed in isokinetic mode at 60°/s, 120°/s and 180 °/s for peak torque, mechanical work and power output records. Torque, W and P were normalized to body mass and iEMG were normalized to peak torque integral (niEMG). For the isometric testing, AG presented greater peak torque (p<0,01) and increased rate for force development (p<0,05) then RG athletes. For niEMG, AG athletes showed increased activation for biceps femoris after 200 ms (p<0,05), for vastus lateralis after 50 ms (p<0,05) and for rectus femoris (p<0,05) during all duration of tests then RG athletes. No differences were observed for vastus medialis between AG and RG athletes (p>0,05). For isokinetic testing, AG athletes showed larger peak torque (p<0,01), increased W (p<0,05) and greater P (p<0,05) then RG athletes. RG and AG athletes showed different neuromechanical characteristics for their knee extensors that are potentially associated to mechanical demands observed in their training programs.

A maturação biológica tem demonstrado efeito positivo sobre os valores absolutos de consumo máximo de oxigênio (VO2max), limiares ventilatórios (LV1 e LV2) e torque muscular (TM) durante o crescimento, mas não está totalmente elucidado se este efeito é resultado apenas do aumento do tamanho corporal, da metodologia de normalização ou da melhora de fatores qualitativos do sistema cardiorrespiratório e muscular. Assim, conduzimos dois estudos com o objetivo de verificar o efeito da maturação biológica sobre: (1°) VO2max, LV2 e LV1; (2º) TM e arquitetura muscular. No primeiro estudo, 79 jogadores de futebol classificados em três grupos de acordo com seu estágio maturacional, pré-púberes (PREP, n=14), púberes (PUB, n=38) e pós-púberes (POSP, n=27) realizaram um teste progressivo máximo em esteira para determinarmos o VO2max, LV2 e LV1. Os resultados demonstraram que o volume muscular estimado total (VMT) foi considerado a melhor variável de normalização e evidenciou que os valores de VO2max ml.ml-0,43.min-1 foram significativamente maiores nos grupos POSP (112,9±9,9) e PUB (107,4±9,5) em relação ao grupo PREP (100,0±7,8), com a maturação biológica apresentando efeito positivo de 18%. O LV2 (ml.ml-0,48.min-1) apresentou diferença significativa apenas entre os grupos POSP (57,3±5,7) e PREP (51,7±5,3), mas a maturação biológica não apresentou efeito significativo sobre essa variável. O LV1 (ml.ml-0,43.min-1) não apresentou diferenças significativas entre os grupos, mas a maturação biológica apresentou efeito positivo de 5,7%. No segundo estudo, 34 jogadores de futebol classificados em dois grupos de acordo com seu estágio maturacional, PUB (n=15) e POSP (n= 19) realizaram uma dinamometria isocinética para mensurarmos o TM máximo conjuntamente com uma ultrasonografia para determinarmos as variáveis de arquitetura muscular. Os resultados demonstraram que não existiam diferenças significativas (p>0,05) para o TM isométrico, concêntrico e excêntrico para as 18 contrações musculares testadas entre os grupos quando foram devidamente normalizados por expoentes alométricos específicos referentes à massa corporal (MC), além disso, a maturação biológica não demonstrou efeito consistente e independente das variáveis de arquitetura muscular. A espessura muscular (EM), comprimento do fascículo (CF), CF normalizado (CFn), ângulo de penação (AP) e a área de secção transversa (AST) não apresentaram difeferenças significativas entre os grupos (p>0,05), enquanto que, diferenças significativas foram estabelecidas para o comprimento da coxa e volume muscular estimado dos extensores do joelho (VM). As variáveis de arquitetura muscular demonstram ser variáveis explicativas do TM (10-36%). Os resultados dos dois estudos permitem concluir que a maturação biológica apresentou efeito positivo sobre o VO2max e LV1, mas não apresentou efeito consistente e independente das variáveis de aquitetura muscular para o TM isométrico, concêntrico e excêntrico quando os dados foram devidamente normalizados por expoentes alométricos referentes ao VMT no primeiro estudo e por expoentes alométricos específicos referente a MC no segundo estudo, demonstrando que a normalização é um fator chave para compreendermos os efeitos da maturação biológica sobre as variáveis mensuradas. / The biological maturation show a positive effect on the maximal oxygen uptake (VO2max) values, ventilatory threshold (VT1 and VT2) and muscle torque (T) during growth, however it is not completely elucidated if these effects happen only related the body size increased, the methodology standardization or the qualitative factors improvement of the cardiorespiratory and muscular system. Thus, we conducted two studies to determinate the biological maturation effect on: (1) VO2max, VT2 and VT1; (2) T and muscle architecture. Seventy-nine soccer players, placed in three groups according to their maturational stage, pre-pubescent (PREP, n=14), pubescent (PUB, n=38) and post-pubescent (POSP, n=27), participated in the first study. They performed a progressive maximal treadmill test to determine the VO2max, VT2 and VT1. The estimated total muscle volume (TMV) was considered the greater variable standardization, beside the VO2max ml.ml-0.43.min-1 values were significantly higher in groups POSP (112.9 ± 9. 9) and PUB (107.4 ± 9.5) comparing with PREP group (100.0 ± 7.8), even though the positive effect of 18% of the biological maturation. There was difference in VT2 (ml.ml-0.48.min-1) between POSP (57.3 ± 5.7) and PREP (51.7 ± 5.3) groups; however the biological maturation did not show significant effect on this variable. The VT1 (ml.ml-0.43.min-1) showed no significant differences between groups, but there was a positive effect of 5.7% in the biological maturation. In the second study, 34 soccer players were placed in two groups according to their pubertal stage, PUB (n=15) and POSP (n=19). An isokinetic dynamometry was performed to measure the maximum T and an ultrasound was used to determine the muscle architecture variables. No differences (p>0.05) were found in T isometric, concentric and eccentric contractions between the groups when these variables were properly normalized by specific allometric exponents related to body mass (BM). Additionally, biological maturation there was no consistent and independent effect of variables muscle architecture on T. The muscle thickness (MT), fascicle length (Lf), Lf normalized (Lfn), pennation angle (θp) and cross-sectional area (CSA) show no significant differences between the groups (p>0.05). Significant differences were established for the thigh muscle length and estimated knee extensors volume (MV) and muscle architecture variables were considered explanatory variables of T (10-36%). Both studies results showed that the biological maturity had a positive effect on VO2max and VT1, but there were no consistent and independent effect of the muscle architecture variables in isometric, concentric and eccentric T when these variables were properly normalized using allometric exponents related to TVM in the first study and using a specific allometric exponents related to BM in the second. These results demonstrate that the standardization is a key factor to understand the biological maturation effects on the measured variables.