A prototype for dynamic knee extension: construction, force characterization and electromiographic responses

Abstract

Background: In the dynamic knee extension (DKE), a metal bar is positioned parallel to bicycle frame, replacing the pedal of a cycle ergometer, which allow consecutives extensions instead of pedaling movement. Considering the fixed ratchet of cycle ergometer, the knee joint returns to its initial position passively, isolating the quadriceps group during the exercise. Thus, DKE can be used to investigate the role of the anterior thigh muscles for the locomotion or balance, for example. However, the DKE ergometer is not commercially available. Aim: to describe the construction of a prototype ergometer for DKE and characterize the force signal and electromyography responses. Methods: Six participants underwent a progressive effort to exhaustion. The electromyography signal of Vastus Lateralis and Biceps Femoris were monitored. The last 10 extensions of each stage were used for analyzes. Results: the force signal has three phases: I: knee extension moment; II: crank draws the metal rod back; III: rapid compression of the load cell by the leg. In addition, Vastus Lateralis activation was higher than Biceps Femoris in all stages (p<0.02). Interpretation: These results demonstrated that is possible to construct an ergometer for DKE, which increase the possibilities of research in motor behavior.

Investigações sobre as contribuições energéticas anaeróbias em extensão dinâmica de joelhos: efeitos do treinamento anaeróbio e da aclimatação à hipóxia

“…Recentemente, nosso laboratório desenvolveu um protótipo desse ergômetro, que permite a realização do modelo de extensão dinâmica de joelhos (EDJ). Baseado em um ergômetro previamente validado (i.e., ergômetro de Krogh; KE) (ANDERSEN; ADAMS; SJAGAARD;, o KE permite a realização de movimentos bilaterais ou unilaterais e, consequentemente, a utilização do paradigma de Saltin (KALVA-FILHO; BARBIERI; DE ANDRADE; GOBBI et al, 2020). Além disso, o modelo de EDJ pode aumentar a precisão nas estimativas anaeróbias, uma vez que nesse modelo de exercício a quantidade de massa muscular envolvida é controlada e as respostas fisiológicas obtidas são provenientes do grupamento muscular de interesse (BANGSBO, 1992;BANGSBO, 1996).…”

“…Todos os esforços foram conduzidos em um protótipo para a EDJ (i.e., ergômetro de Krogh; KE) (ANDERSEN; ADAMS; SJAGAARD;. Esse protótipo foi desenvolvido pelo nosso laboratório e permite um padrão de movimento onde os músculos da região anterior da coxa são os agentes primários (i.e., Quadriceps Femoris) (KALVA-FILHO; BARBIERI; DE ANDRADE; GOBBI et al, 2020). Nesse KE, ambos os modelos unilaterais (EXP1) e bilaterais (EXP2) são facilmente realizados por meio de pequenos ajustes nas conexões metálicas do ergômetro.…”

“…Para detalhes sobre a construção, caracterização dos sinais eletromiográficos e de força e aplicabilidade do KE, consulte Kalva-Filho et al (2020). Resumidamente, nesse aparato o pedal de um cicloergômetro (Monark 828, Vansbro, Suécia) é substituído por uma haste metálica, conectada ao tornozelo dos participantes por uma bota de aço inoxidável.…”

“…No KE, o movimento de pedala é substituído por movimentos cíclicos de extensão de joelhos, onde a perna volta à posição inicial (i.e., flexão de joelhos) de maneira passiva. Desse modo, as repostas metabólicas (e.g., V O2, lactato sanguíneo e frequência cardíaca) são atribuídas aos músculos do Quadriceps, com pequena ou insignificante contribuição dos isquiotibiais ou músculos estabilizadores (ANDERSEN; ADAMS; SJAGAARD;GOBBI et al, 2020).…”

“…A determinação da força e da potência gerada no KE podem ser determinadas de maneira semelhante a um cicloergômetro convencional (KALVA-FILHO; BARBIERI; DE ANDRADE; GOBBI et al, 2020), com o ajuste das cargas realizados instantaneamente por meio de uma manivela (i.e., visor com unidade de medida em kilopounds). Apesar disso, essas intensidades são apenas valores médios da potência externa aplicada pelo ergômetro, e não refletem a real força produzida no movimento de interesse (FERGUSON; AAGARD; BALL; SARGEANT et al, 2000).…”