Frequency band analysis of muscle activation during cycling to exhaustion

Abstract

A ativação dos músculos do membro inferior foi avaliada durante a pedalada até a exaustão utilizando bandas de frequência. Nove ciclistas foram avaliados em dois dias. No primeiro dia, os ciclistas realizaram um teste de carga incremental para a determinação da máxima potência aeróbia, sendo esta utilizada como carga de trabalho para o teste de carga constante até a exaustão durante o segundo dia de avaliações. Foi adquirida durante o teste de carga constante a ativação dos músculos vastus lateralis (VL), porção longa do biceps femoris (BF), porção lateral do gastrocnemius (GL), e tibialis anterior (TA) do membro inferior direito. Uma série de nove filtros digitais do tipo passa-banda Butterworth foi utilizada para a determinação da amplitude do sinal obtido de cada banda de frequência. As ativações musculares oriundas das nove bandas, das bandas de alta frequência e das bandas de baixa frequência foram definidas para a análise dos efeitos da fadiga muscular por meio da magnitude das alterações. O padrão da ativação global das nove bandas durante o teste de carga constante foi determinado utilizando um polinômio de segunda ordem, enquanto a variabilidade da ativação foi avaliada por meio do coeficiente de variação. Reduções substanciais nas bandas de alta frequência foram observadas para os músculos VL e BF ao longo do teste. A ativação das nove bandas e das bandas de baixa frequência apresentou alterações triviais. Uma elevada capacidade preditiva do padrão de ativação muscular foi observada utilizando o polinômio de segunda ordem (R2 > 0,89). Uma elevada variabilidade (~25%) foi observada para a ativação muscular ao longo do teste. Alterações substanciais nas características da ativação muscular foram observadas apenas quando mudanças extremas no estado de fadiga muscular foram induzidas.

Lower limb muscles activation was assessed during cycling to exhaustion using frequency band analysis. Nine cyclists were evaluated in two days. On the first day, cyclists performed a maximal incremental cycling exercise to measure peak power output, which was used on the second day to define the workload for a constant load time to exhaustion cycling exercise (maximal aerobic power output from day 1). Muscle activation of vastus lateralis (VL), long head of biceps femoris (BF), lateral head of gastrocnemius (GL), and tibialis anterior (TA) from the right lower limb was recorded during the time to exhaustion cycling exercise. A series of nine band-pass Butterworth digital filters was used to analyze muscle activity amplitude for each band. The overall amplitude of activation and the high and low frequency components were defined to assess the magnitude of fatigue effects on muscle activity via effect sizes. The profile of the overall muscle activation during the test was analyzed using a second order polynomial, and the variability of the overall bands was analyzed by the coefficient of variation for each muscle in each instant of the test. Substantial reduction in the high frequency components of VL and BF activation was observed. The overall and low frequency bands presented trivial to small changes for all muscles. High relationship between the second order polynomial fitting and muscle activity was found (R2 > 0.89) for all muscles. High variability (~25%) was found for muscle activation at the four instants of the fatigue test. Changes in the spectral properties of the EMG signal were only substantial when extreme changes in fatigue state were induced.