Association Between Plantarflexion Torque Variability In Quiet Stance And During Force And Position Tasks.

This study examined the association between plantarflexion torque variability during quiet bipedal standing (QS) and during plantarflexion force- and position-matching tasks (FT and PT, respectively). In QS, participants stood still over a force plate, and the mean plantarflexion torque level exerted by each subject in QS (divided by 2 to give the torque due to a single leg) served as the target torque level for right leg FT and PT (performed with the participants seated with their right knee fully extended). During FT participants controlled the force level exerted by the foot against a rigid restraint, while during PT they controlled the angular position of the ankle when sustaining equivalent inertial loads. Standard deviation (SD) of plantarflexion torque was computed from torque signals acquired during periods with and without visual feedback. Significant correlations were found between plantarflexion torque variability in QS and FT (r = 0.8615, p < 0.0001 and r = 0.8838, p = 0.0003 for visual and no visual conditions, respectively) as well as between QS and PT (r = 0.8046, p = 0.003 and r = 0.7332, p = 0.0103 for visual and no visual conditions, respectively), regardless of vision availability. No significant differences were found between the correlations for Qs vs FT and QS vs PT (t(8) = 0.4778, p = 0.6455 and t(8) = 1.6819, p = 0.1310 for visual and no visual conditions, respectively), as assessed by "Hotelling-Williams" tests for equality among dependent correlations. The results indicate that simple measurements of plantarflexion torque fluctuations during FT and PT may be used to estimate balance ability. From a practical standpoint, it is suggested that rehabilitation protocols designed to regain/improve balance function may be based on the performance of FTs or PTs executed in a seated position.

Larger plantar flexion torque variability implies less stable balance in the young: an association affected by knee position.

The present study examined the association between plantar flexion torque variability during isolated isometric contractions and during quiet bipedal standing. For plantar flexion torque measurements in quiet stance (QS), subjects stood still over a force plate. The mean plantar flexion torque level exerted by each subject in QS (divided by 2 to give the torque due to a single leg) served as the target torque level for right leg force-matching tasks in extended knee (KE) and flexed knee (KF) conditions. Muscle activation levels (EMG amplitudes) of the triceps surae and mean, standard deviation and coefficient of variation of plantar flexion torque were computed from signals acquired during periods with and without visual feedback. No significant correlations were found between EMG amplitudes and torque variability, regardless of the condition and muscle being analyzed. A significant correlation was found between torque variability in QS and KE, whereas no significant correlation was found between torque variability in QS and KF, regardless of vision availability. Therefore, torque variability measured in a controlled extended knee plantar flexion contraction is a predictor of torque variability in the anterior-posterior direction when the subjects are in quiet standing. In other words, larger plantar flexion torque variability in KE (but not in KF) implies less stable balance. The mechanisms underlying the findings above are probably associated with the similar proprioceptive feedback from the triceps surae in QS and KE and poorer proprioceptive feedback from the triceps surae in KF due to the slackening of the gastrocnemii. An additional putative mechanism includes the different torque contributions of each component of the triceps surae in the two knee angles. From a clinical and research standpoint, it would be advantageous to be able to estimate changes in balance ability by means of simple measurements of torque variability in a force matching task.

O controle neural do tríceps sural e implicações na manutenção da postura ortostática / Neural control of the triceps surae and implications on upright stance

Durante a postura ereta quieta (PEQ) há oscilações aleatórias do centro de pressão, que podem ser medidas por uma plataforma de força. Esse movimento aleatório, que ocorre mesmo durante uma posição ortostática, é devido a fontes de variabilidade que vão desde a periferia do sistema sensorial até o sistema muscular na geração de torques, passando pelo sistema nervoso central. Uma vez gerados os comandos motores descendentes pelo encéfalo, fontes de variabilidade geradas na medula espinhal e nas unidades motoras contribuem para variabilidade na força desenvolvida e que não estão contidas nos comandos descendentes. O foco desta tese foi dirigido ao estudo da contribuição de fontes associadas à medula espinhal e às unidades motoras na geração de variabilidades do torque na articulação do tornozelo associadas ao controle do grupo muscular tríceps sural, que é de grande importância no controle da postura ortostática. A metodologia desenvolvida constou no estudo da variabilidade do torque de flexão plantar gerado em diferentes condições juntamente com a análise dos eletromiogramas dos músculos que compõem o tríceps sural. Foram realizados três conjuntos de experimentos: 1) sujeito sentado, com joelho estendido (JE) e joelho flexionado (JF) em tarefa de contração isométrica (tarefa de força - TF); 2) sujeito sentado, com joelho estendido, comparando TF com tarefa de controle de posição (TP); 3) sujeito em posição ortostática livre e apoiada, comparada com TF e TP executadas na posição sentada com o joelho estendido, na manutenção do mesmo torque de flexão plantar mensurado na posição ortostática. Essas últimas condições foram também testadas por meio do reflexo H do músculo SO. Para os experimentos 1 e 2 a amostra constou de 13 sujeitos e para o experimento 3 de 9 sujeitos, todos saudáveis. Os quantificadores utilizados para caracterizar os sinais captados foram o valor médio (), o desvio padrão () e o coeficiente de variação (CV), para os (...)

... sinais de torque e da envoltória do eletromiograma (EMG) dos músculos sóleo (SO), gastronêmio lateral (GL) e gastronêmio medial (GM) nas condições acima. Os resultados do Experimento 1 são sintetizados a seguir. O torque em contração voluntária máxima (CVM) foi 58% maior na posição JE quando comparado com o valor em JF, mas a variabilidade ( e CV) foi maior em JF do que em JE. Para contrações de 10 a 80% da CVM, a variabilidade do torque ( e CV) também foi maior na posição JF do que na JE. Foi observada relação linear entre e do torque gerado pelo tríceps sural em JE e JF ( e normalizados em relação aos respectivos torques em CVM), aumentando a variabilidade da força gerada ao aumentar o valor médio da força. Os níveis de ativação muscular ( da envoltória) foram maiores em JE do que em JF, principalmente devido à maior ativação de GM e GL. O músculo SO apresentou intensidade de ativação normalizada maior do que a do GM e GL, tanto em JE quanto em JF. Tanto a intensidade do EMG quanto o da envoltória do EMG aumentaram com o valor do torque de flexão plantar exercido, para os três músculos que compõe o tríceps sural. No Experimento 2 foram obtidos os resultados descritos a seguir. A variabilidade do torque ( e CV) foi menor em TP do que em TF. Houve uma relação crescente entre o e o do torque gerado pelo tríceps sural, e entre o e o das envoltórias dos EMG dos três músculos em função do do torque 8 gerado pelo tríceps sural, em ambas as tarefas TF e TP. O da envoltória do EMG mostrou correlação positiva em relação ao do torque de flexão plantar, ambos normalizados em relação aos respectivos valores em CVM. Os resultados do Experimento 3 são sintetizados a seguir. A variabilidade do torque ( e CV) de flexão plantar durante a PEQ foi maior do que nas demais condições, havendo na amostra de sujeitos uma correlação positiva entre os valores de em PEQ e em TF ou TP. Por outro lado, em postura ereta apoiada (PEA), o do torque apresentou (...)

... correlação nula com o do torque em TF ou TP. Os níveis de ativação muscular no tríceps sural foram maiores em TF do que nas demais condições, em grande parte devido ao nível de ativação do músculo SO em TF ter sido maior do que nas demais condições. O da envoltória do EMG dos músculos SO e GM variaram com as condições analisadas e o CV da envoltória do GM foi maior em PEQ do que nas demais condições. Não houve diferenças significativas no e no CV das amplitudes do reflexo H nas diferentes condições. Os resultados no geral podem sugerir que: i há uma otimização do controle neuromuscular na posição JE quanto comparado com JF no sentido de haver menor variabilidade do torque de flexão plantar em JE do que em JF para uma larga gama de forças; ii o grau de recrutamento relativo dos três músculos do tríceps sural é sensível ao ângulo articular no joelho (pelo menos entre 90º e 180º); iii o músculo SO é o mais ativado no tríceps sural, tanto em JE quanto em JF, para todos os níveis de torque analisados; iv na TP há menor variabilidade no torque de flexão plantar do que na TF, possivelmente devido à ação de diferentes proprioceptores, não se espelhando, entretanto, em diferenças nos graus de ativação ou de variabilidade das envoltórias dos EMGs dos três músculos do tríceps sural; v a variabilidade de torque em PEQ é maior do que nas demais condições, em PEA e TF são equivalentes, mas maiores do que em TP; vi um sujeito com maior variabilidade em TF ou TP apresentaria maior variabilidade em PEQ (como apresentado na análise de correlação), (...)

... sugerindo que uma fração da variabilidade em PEQ é devida a fatores medulares e neuromusculares; vii em TF houve maior ativação do SO do que nas demais condições (PEQ, PEA e TP), que deve ser uma estratégia do sistema nervoso em face dos diferentes desafios postos pelas diferentes tarefas; viii de forma geral, a amplitude do reflexo H por si, não parece ser um indicador sensível dos diferentes eventos neurais ocorrendo na medula espinhal durante as várias condições experimentais PEQ, PEA, TF e TP