Effects of different foam rolling protocols on musculotendinous properties and functional performance : a comprehensive study

Abstract

O foam rolling (FR) é uma técnica de automassagem muito utilizada por profissionais da área de reabilitação e treinamento físico. A popularidade da técnica decorre dos efeitos funcionais relatados após sua aplicação, como aumento da flexibilidade e diminuição da dor muscular. Semelhante a outras técnicas de massagem e automassagem, especula-se que estes efeitos funcionais ocorram devido a alterações na rigidez das estruturas miotendíneas. Porém, os estudos atuais apresentam resultados conflitantes em relação às alterações na rigidez dos tecidos moles após FR ou outras técnicas de massagem, bem como seus protocolos mais recomendados. Em relação aos protocolos FR, foram investigados diferentes tempos de aplicação por série, mas os resultados ainda são conflitantes. Além disso, a relação entre o tempo de aplicação e os seus efeitos ainda não é clara. Assim, o objetivo desta dissertação de mestrado é identificar os efeitos de diferentes técnicas de massagem descritas na literatura na rigidez de estruturas miotendíneas e verificar os efeitos de diferentes protocolos de FR nas propriedades musculotendíneas e no desempenho funcional dos flexores plantares. A dissertação foi dividida em dois capítulos. No Capítulo I, foi desenvolvida uma revisão sistemática com meta-análise para verificar os efeitos de diferentes técnicas de massagem e automassagem (incluindo FR) na rigidez dos tecidos moles (unidade miotendína [UMT], tecidos muscular e tendíneo). As buscas foram feitas nas seguintes bases de dados: PubMed, Embase, Web of Science, PEDro, Preprint.org e MedRxiv. Foram identificados 2.167 estudos e incluídos 27 ensaios clínicos. Os dados dos estudos foram extraídos e o risco de viés dos artigos foi analisado por meio da escala PEDro. Nossa análise mostrou que as técnicas de massagem diminuíram a rigidez muscular (SMD: -0,392; IC95%: -0,545 a -0,239; p<0,001; I²: 49%), principalmente no reto femoral (SMD: -0,413; IC95%: -0,642 a -0,184; p<0,001; I²: 12%) e gastrocnêmio medial (SMD: -0,353; IC95%: -0,553 a -0,152, p: 0,001; I²: 0%); mas não alterou a rigidez do tendão e a UMT (SMD: 0,146; IC95%: -0,046 a 0,339; p: 0,136; I²: 34%). O Capítulo II apresenta os resultados de um estudo experimental que investigou os efeitos de diferentes protocolos de FR (FR90: três séries de 30s, FR180: três séries de 60s) e uma condição controle (CTRL) nas propriedades musculotendíneas dos flexores plantares, bem como desempenho funcional. As avaliações do tendão de Aquiles (TA) foram: a) propriedades morfológicas (área de secção transversa e comprimento do tendão) avaliadas em repouso por ultrassonografia; b) propriedades mecânicas (força, deformação, rigidez) e; c) materiais (stress, strain módulo de Young) avaliadas durante contrações em rampa em um dinamômetro isocinético. A rigidez passiva do gastrocnêmio medial e da UMT também foram avaliados. O desempenho funcional foi avaliado pela altura do salto countermovement unilateral por meio de cinemática bidimensional. A temperatura da pele (flexores plantares e TA) foi avaliada por termografia. A dor relatada na panturrilha e/ou outras regiões corporais foi verificada por meio de escala visual analógica após ambas as intervenções com FR. Não foram encontradas alterações nas propriedades morfológicas do TA. No entanto, a rigidez (CTRL: -8,0%, FR90: -4,3%, FR180: -30,5%) e o módulo de Young do TA (CTRL: -8,8%, FR90: -4,4%, FR180: -31,3%) diminuíram após todas as condições. Apesar de não haver diferença entre as condições, a redução relativa na rigidez do TA e no módulo de Young foi maior no FR180. Além disso, a rigidez passiva muscular (CTRL: -33,2%, FR90: -43,2%, FR180: -41,5%) e da UMT (CTRL: -30,0%, FR90: -32,9%, FR180: -39,3%) e altura de salto (CTRL: -6,3%, FR90: -1,4%, FR180: -4,5%) diminuíram após todas as condições; enquanto a temperatura da pele aumentou para todas as condições nas regiões de flexores plantares (média - CTRL: 1,8%, FR90: 1,7%, FR180: 2,6%) e TA (média - CTRL: 2,5%, FR90: 1,5%, FR180: 2,5%). A dor referida nos membros superiores foi maior no FR180, sem diferenças entre as condições para região da panturrilha. A redução da rigidez em todas as condições pode ter ocorrido devido aos estímulos de avaliação e ao efeito de creep. Considerando ambos os estudos, conclui-se que as técnicas de massagem podem reduzir a rigidez muscular e tendínea, especialmente no reto femoral, gastrocnêmio medial e TA, possivelmente devido à propriedade tixotrópica dos tecidos e/ou mecanismos neurofisiológicos (i.e., quebras de pontes cruzadas ou efeito inibitório sobre os nociceptores). Porém, como os efeitos da FR sobre o TA dependem de um tempo de aplicação maior, isso pode não trazer benefícios devido ao desconforto durante o rolamento. Além disso, o grupo controle é essencial em estudos que envolvem técnicas de massagem para identificar os efeitos inerentes às intervenções.

Foam rolling (FR) is a self-massage technique widely used by professionals in the field of rehabilitation and physical training. The technique's popularity stems from the functional effects reported following its application, such as increased flexibility, and decreased muscle pain. Similar to other massage and self-massage techniques, it is speculated that these functional effects occur due to changes in the myotendinous structures’ stiffness. However, the current studies present conflicting results regarding changes in soft tissue stiffness after FR or other massage techniques, as well as their most recommended protocols. Regarding FR protocols, different application times per sets have been investigated, but results are still conflicting. Furthermore, the relationship between application time and its effects remains unclear. Thus, the objective of this master's degree dissertation is to identify the effects of different massage techniques described in the literature on soft tissue stiffness and to verify the effects of different FR protocols on the musculotendinous properties of plantar flexors and functional performance. The dissertation was divided into two chapters. In Chapter I, a systematic review with meta-analysis was developed to verify the effects of different massage and self-massage techniques (including FR) on the stiffness of soft tissues (myotendinous unit [MTU], muscle, and tendon tissues). The searches were done in the following databases: PubMed, Embase, Web of Science, PEDro, Preprint.org, and MedRxiv. 2167 studies were identified and 27 clinical trials were included. The studies data were extracted and the risk of bias was analyzed using the PEDro scale. Our analysis showed that massage techniques decreased muscle stiffness (SMD: -0.392; CI95%: -0.545 to -0.239; p<0.001; I²: 49%), mainly in rectus femoris (SMD: -0.413; CI95%: -0.642 to -0.184; p<0.001; I²: 12%;) and gastrocnemius medialis (SMD: -0.353; CI95%: -0.553 to-0.152, p: 0.001; I²: 0%); but did not change tendon stiffness and MTU (SMD: 0.146; CI95%: -0.046 to 0.339; p: 0.136; I²: 34%). Chapter II presents the results of an experimental study that investigated the effects of different FR protocols (FR90: three sets of 30s, FR180: three sets of 60s) and a control condition (CTRL) on the musculotendinous properties of plantar flexors, as well as functional performance. The Achilles tendon (AT) evaluations were: a) morphological properties (crosssectional area and tendon length) assessed at rest by ultrasonography; b) mechanical (force, elongation, stiffness), and; c) material properties (stress, strain, Young’s modulus) assessed during ramp contractions in an isokinetic dynamometer. The passive stiffness of the gastrocnemius medialis and the MTU were also evaluated. Functional performance was assessed by the unilateral countermovement jump height by two-dimensional kinematics. The skin temperature (plantar flexors and AT) was assessed by thermography. Reported pain in calf and/or other body region was verified using a visual analogue scale after both interventions with FR. No changes were found in AT morphological properties. However, the AT stiffness (CTRL: -8.0%, FR90: -4.3%, FR180: -30.5%), and Young’s modulus (CTRL: - 8.8%, FR90: -4.4%, FR180: -31.3%) decreased after all conditions. Despite no difference between the conditions, the relative reduction in AT stiffness and Young’s modulus was greater in the FR180. In addition, the muscle (CTRL: -33.2%, FR90: -43.2%, FR180: -41.5%) and MTU passive stiffness (CTRL: -30.0%, FR90: -32.9%, FR180: -39.3%), and jump height (CTRL: -6.3%, FR90: -1.4%, FR180: -4.5%) decreased after all conditions; whereas skin temperature increased for all conditions in plantar flexors (mean - CTRL: 1.8%, FR90: 1.7%, FR180: 2.6%) and AT region (mean - CTRL: 2.5%, FR90: 1.5%, FR180: 2.5%). Reported pain in the upper limbs was higher in FR180, with no differences between conditions for calf region. The reduction in stiffness that occurred in all conditions may have been due to the evaluation stimuli and the creep effect. Considering both studies, it is concluded that massage techniques can reduce muscle and tendon stiffness, especially in the rectus femoris, gastrocnemius medialis, and AT, possibly due to the thixotropic property of tissues and/or neurophysiological mechanisms (i.e., cross-bridge breaks or inhibitory effect in nociceptors). However, as the FR effects on AT depends on a longer application time, this may not bring benefits due to discomfort during rolling. In addition, the control group is essential in studies that involve massage techniques in order to identify effects inherent to interventions.