Heart rate and lower limb muscle activity on cycle ergometer / Frequência cardíaca e atividade muscular dos membros inferiores em cicloergômetro / Frecuencia cardíaca y actividad muscular de los miembros inferiores en cicloergómetro

ABSTRACT Introduction: Muscle activity in the pedal stroke movement on a cycle ergometer can be measured by surface electromyography, as an effective and improved method for studying muscle action and objectively determining the different action potentials of the muscles involved in specific movements. Heart rate behavior is an important factor during exercise with load. Objective: To identify heart rate behavior and pattern of muscle activity of the rectus femoris and vastus medialis in healthy subjects in the pedaling dynamic at different loads, submaximal test, on an instrumented cycle ergometer. Methods: 20 healthy adults were evaluated. Heart rate measurement was performed, together with electromyographic analysis, in the time domain, of the rectus femoris and vastus medialis muscles during incremental exercise of the lower limbs on the cycle ergometer. Results: Heart rate behavior presented significant difference for p≥0.05 in relation to increased loads. The EMG signal intensity from the vastus medialis muscle (normalized RMS value) in each quadrant of the pedaling cycle showed significant difference for p≥0.05 in relation to quadrants I, II and IV and significant difference for p≥0.05 in relation to quadrants III and IV. In the rectus femoris (RF) muscle, there was significant difference for p≥0.05 in relation to quadrants I, II and IV and significant difference for p≥0.05 in relation to quadrants I, II and III. Conclusion: An increase in heart rate proportional to the increase in load was observed, as well as an increase in the amplitude of the electromyographic signal proportional to the increase in load. It was possible to identify the pattern of muscle activation in the studied quadrants during pedal stroke movements, independent of load. Level of evidence III; Study of non-consecutive patients; without uniform application of the "gold" standard reference.

RESUMO Introdução: A atividade muscular no gesto motor da pedalada no cicloergômetro pode ser mensurada por meio da eletromiografia de superfície. A eletromiografia de superfície tem sido um método efetivo e aprimorado para estudar a ação muscular, determinando com objetividade os diferentes potenciais de ação dos músculos empenhados em movimentos específicos. O comportamento da frequência cardíaca tem relação importante durante o exercício com carga. Objetivo: Identificar o comportamento da frequência cardíaca e o padrão da atividade muscular do reto femoral e vasto medial em indivíduos saudáveis na dinâmica da pedalada em diferentes cargas, teste submáximo, no cicloergômetro instrumentado. Métodos: Foram avaliados 20 adultos saudáveis, realizando-se a mensuração da frequência cardíaca e a análise eletromiográfica no domínio do tempo dos músculos reto femoral e vasto medial durante o exercício incremental dos membros inferiores em cicloergômetro. Resultados: O comportamento da frequência cardíaca apresentou diferença significante para p ≥ 0,05 com relação ao incremento das cargas. A intensidade do sinal EMG do músculo vasto medial (valor RMS normalizado) em cada quadrante do ciclo da pedalada mostrou diferença significativa para p ≥ 0,05 com relação aos quadrantes I, II e IV e diferença significativa para p ≥ 0,05 com relação aos quadrantes III e IV. No músculo reto femoral (RF) verificou-se diferença significativa para p ≥ 0,05 com relação aos quadrantes I, II e IV e diferença significativa para p ≥ 0,05 com relação aos quadrantes I, II e III. Conclusão: Constatou-se aumento da frequência cardíaca proporcional ao incremento das diferentes cargas e também se evidenciou um aumento na amplitude do sinal eletromiográfico proporcional ao incremento da carga. Foi possível identificar o padrão da ativação dos músculos com relação ao ciclo da pedalada nos quadrantes estudados, independentemente do nível da carga. Nível de evidência III; Estudo de pacientes não consecutivos; sem padrão de referência "ouro" aplicado uniformemente.

RESUMEN Introducción: La actividad muscular en el gesto motor de la pedaleada en el cicloergómetro se puede medir por medio de la electromiografía de superficie. La electromiografía de superficie ha sido un método efectivo y mejorado para estudiar la acción muscular, determinando con objetividad los diferentes potenciales de acción de los músculos empeñados en movimientos específicos. El comportamiento de la frecuencia cardíaca tiene relación importante durante el ejercicio con carga. Objetivo: Identificar el comportamiento de la frecuencia cardíaca y el patrón de la actividad muscular del recto femoral y vasto medial en individuos en la dinámica de la pedaleada en el cicloergómetro instrumentado. Métodos: Se evaluaron 20 adultos saludables, realizándose la medición de la frecuencia cardíaca y el análisis electromiográfico en el dominio del tiempo de los músculos recto femoral y vasto medial durante el ejercicio incremental de los miembros inferiores en cicloergómetro. Resultados: El comportamiento de la frecuencia cardíaca presentó una diferencia significativa para p ≥ 0,05 con relación al incremento de las cargas. La intensidad de la señal EMG del músculo vasto medial (valor RMS normalizado) en cada cuadrante del ciclo de la pedaleada mostró diferencia significativa para p ≥ 0,05 con relación a los cuadrantes I, II y IV y diferencia significativa para p ≥ 0,05 con relación a los cuadrantes III y IV. En el músculo recto femoral (RF) se verificó diferencia significativa para p ≥ 0,05 con relación a los cuadrantes I, II y IV, y diferencia significativa para p ≥ 0,05 con relación a los cuadrantes I, II y III. Conclusión: Se constató aumento de la frecuencia cardíaca proporcional al incremento de las diferentes cargas y también se evidenció un aumento en la amplitud de la señal electromiográfica proporcional al incremento de la carga. Fue posible identificar el patrón de la activación de los músculos con relación al ciclo de la pedaleada en los cuadrantes estudiados, independientemente del nivel de la carga. Nivel de evidencia III; Estudio de pacientes no consecutivos; sin patrón de referencia "oro" aplicado uniformemente.

Avaliação da fadiga muscular pela mecanomiografia durante a aplicação de um protocolo de EENM / Muscle fatigue assessment by mechanomyography during application of NMES protocol

Contextualização: A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) é uma técnica bastante utilizada na área da reabilitação em fisioterapia, porém a instalação da fadiga ocorre de maneira mais rápida se comparada à contração voluntária. Na prática clínica, torna-se necessário monitorar a fadiga muscular em protocolos de EENM, visando adequar os parâmetros da corrente elétrica e prolongar o tempo de estimulação. OBJETIVOS: O objetivo deste estudo foi utilizar a mecanomiografia como meio de avaliação da fadiga muscular periférica durante a aplicação de um protocolo de EENM. MÉTODOS: Um sistema de aquisição de sinais mecanomiográficos (MMG) e um protocolo experimental foram desenvolvidos. Durante os ensaios in vivo com 10 voluntários, foram realizados testes de contração voluntária máxima (CVM) para extensão do joelho. Realizou-se uma fase de potencialização com contrações dinâmicas produzidas por EENM a 10 por cento da CVM (100 Hz, 400 µm) no músculo quadríceps femoral, e o protocolo de EENM propriamente dito ocorreu a 30 por cento da CVM (50 Hz, 400 µm). Simultaneamente, foram adquiridos os sinais de MMG RMS (amplitude) e MMG MPF (frequência) do músculo reto femoral e de torque (amplitude) para a extensão do joelho. RESULTADOS: A linha de tendência da MMG RMS foi descendente, indicando que a MMG RMS relaciona-se à amplitude do torque. Porém, a MMG MPF não teve uma boa correlação com o torque para este protocolo de EENM. CONCLUSÕES: A MMG pode ser aplicada simultaneamente à EENM, pois não ocorre interferência elétrica, e pode ser utilizada na realização de movimentos funcionais na contração muscular gerada por EENM. Artigo registrado no Australian New Zealand Clinical Trials Registry (ANZCTR) sob o número ACTRN12609000866202.

Background: Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a widely used technique for rehabilitation in physical therapy, however it causes muscle fatigue more rapidly than does voluntary contraction. In clinical practice, it becomes necessary to monitor muscle fatigue during NMES protocols to adjust the parameters of electrical current stimulation and, thus, increase stimulation time. OBJECTIVES: The aim of this study is to use mechanomyography (MMG) as a means of evaluating peripheral muscle fatigue during the execution of an NMES protocol. METHODS: An MMG signal acquisition system and an experimental protocol were developed. During in vivo tests, 10 participants performed maximal voluntary contractions (MVCs) for knee extension. A maximization phase was conducted with dynamic contractions generated by NMES at 10 percent of MVC (100 Hz, 400 µs) on the quadriceps muscle, and the main NMES protocol occurred at 30 percent of MVC (50 Hz, 400 µs). Simultaneously, MMG RMS (amplitude) and MMG MPF (frequency) signals of the rectus femoris and the knee extension torque were acquired. RESULTS: The tendency line of the MMG RMS was descendant, indicating that MMG RMS correlates with torque amplitude. However, MMG MPF did not show a significant correlation with torque for the present NMES protocol. CONCLUSIONS: MMG is a technique that can be simultaneously applied to NMES because there is no electrical interference and it can be used during functional movements in the NMES-generated muscle contraction. Article registered in the Australian New Zealand Clinical Trials Registry (ANZCTR) under the number ACTRN12609000866202.