Electromyographic and kinematic evaluation of lower limbs’ strengthening exercises
- Autores: Isabel Martın Fuentes
- Directores de la Tesis: José María Muyor Rodríguez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2021
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 362
- Títulos paralelos:
- Evaluación electromiográfica y cinemática de ejercicios para el entrenamiento de fuerza de los miembros inferiores
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pedro Ángel López Miñarro (presid.), Fernando Alacid Cárceles (secret.), José Moncada Jiménez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Educación por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: riUAL
- Resumen
- español
Marco teórico: La electromiografía superficial es una técnica que se ha utilizado tradicionalmente para la evaluación de la activación muscular. Este método, junto con la evaluación cinemática del movimiento mediante un transductor lineal, puede proporcionar información muy valiosa para los profesionales del entrenamiento de la fuerza y del acondicionamiento físico. El análisis electromiográfico y cinemático de algunos de los ejercicios de fuerza para el fortalecimiento del tren inferior constituyeron el foco investigación de la presente tesis, debido a la transferencia de estos movimientos a la mayoría de las tareas de la vida diaria, habilidades atléticas y de gestos deportivos (por ejemplo: sentarse, agacharse, correr, saltar, cambiar de dirección...) Objetivos: El objetivo general de la presente tesis doctoral fue examinar la activación muscular y la cinemática de algunos ejercicios de fuerza para el fortalecimiento del tren inferior. Para ello, la tesis se estructuró en dos apartados. La Sección I incluyó dos revisiones sistemáticas (Estudios I y II), con el objetivo general de recopilar la evidencia contemporánea sobre el tema y proporcionar recomendaciones para el desarrollo de un protocolo metodológico riguroso para los estudios transversales de electromiografía superficial posteriores. La primera revisión sistemática se centró en los ejercicios de peso muerto, mientras que la segunda revisión sistemática se centró en los ejercicios de prensa de piernas. La Sección II incluyó cuatro estudios transversales. El Estudio III se centró en el análisis de la activación muscular de algunos ejercicios de peso libre de predominancia unilateral: sentadilla unilateral, zancada frontal y subida al cajón lateral. En el Estudio IV se analizó la activación muscular y algunos parámetros cinemáticos durante el ejercicio de prensa inclinada de piernas bajo diferentes condiciones en una población de mujeres jóvenes. En el Estudio V se comparó la activación muscular y algunos parámetros cinemáticos durante el ejercicio de prensa inclinada de piernas bajo diferentes condiciones en una población de hombres y mujeres. En el Estudio VI se analizaron y compararon las relaciones carga-velocidad durante el ejercicio de prensa inclinada de piernas en hombres y mujeres. Además, se proporcionaron ecuaciones predictivas específicas de género para cuantificar la carga de entrenamiento en el ejercicio de prensa inclinada de piernas.
Métodos: Se utilizaron dos enfoques para el abordaje de los diferentes objetivos: 1) en el caso de las revisiones sistemáticas, mediante la recopilación y análisis de la literatura previa sobre el tema, y 2) en el caso de los estudios transversales, mediante el análisis de la activación muscular y cinemática de los ejercicios en una población joven entrenada. Las revisiones sistemáticas (Estudios I y II) y los estudios transversales (Estudios III-VI) que componen esta tesis, forman parte de los resultados del Proyecto de Evaluación Kinesiológica y Electromiográfica de los Ejercicios de Acondicionamiento Muscular (EKEAM) [Referencia: DEP 2016-80296-R (AEI / FEDER, UE)]. Para los estudios transversales, se utilizaron dos dispositivos principalmente. Por un lado, para el análisis de la activación muscular se utilizó un dispositivo WBA Mega de 16 canales (Mega Electronics Ltd., Kuopio, Finlandia) a una frecuencia de muestreo de 1000 Hz. Por otro lado, se utilizó un transductor lineal de muestreo a 1000 Hz (T-Force System, Ergotech) para el análisis de los parámetros cinemáticos. Los análisis estadísticos utilizados fueron estadísticos descriptivos, pruebas t de Student, análisis de la varianza (ANOVA) y regresiones lineales.
Hallazgos principales: En la Sección I, el Estudio I reveló que el erector espinal de la columna (ES) y el cuádriceps presentaron mayor activación muscular que el glúteo mayor (GMax) y el bíceps femoral (BF) en la mayoría de las variantes del ejercicio de peso muerto, y el semitendinoso (ST) mostró mayor activación muscular que el BF durante los ejercicios de peso muerto. En el Estudio II se destacó que el vasto lateral (VL) y el vasto medial oblicuo (VMO) mostraron la mayor activación muscular durante los ejercicios de prensa de piernas en comparación con el resto de la musculatura y se reportó una mayor activación de dichos músculos a medida que la rodilla alcanzaba su extensión completa. En la Sección II, el Estudio III mostró que la sentadilla unilateral produjo una mayor activación muscular general en comparación con los ejercicios de subida al cajón lateral y zancada frontal, mientras que el VL y el VMO mostraron la mayor activación muscular durante todos los ejercicios. El Estudio IV reveló que el patrón de activación muscular no mostró diferencias entre las diferentes condiciones durante los ejercicios de prensa inclinada de piernas, y el VMO presentó la mayor activación muscular con respecto al resto de músculos en una población de mujeres jóvenes. El Estudio V reportó que las variaciones en el ancho de la posición y / o la rotación de los pies (condiciones) no afectaron la activación muscular durante los ejercicios de prensa inclinada de piernas, sin embargo, hubo leves diferencias en el patrón de activación muscular entre hombres y mujeres; además se reveló que la velocidad de propulsión media (MPV), la velocidad máxima (Vmax) y la potencia máxima (Pmax) fueron mayores para la población de hombres durante los ejercicios de prensa de piernas, siendo la condición de 0° de rotación externa de pies y 100% del ancho de la cadera la preferida para los hombres y mujeres; por tanto, se concluyó que se debe fomentar una posición de apoyo preferida durante los ejercicios de prensa de piernas para optimizar el rendimiento. Por último, el Estudio VI aprobó la aplicación de relaciones carga-velocidad específicas para cada género, y la aplicación de ecuaciones predictivas para la cuantificación de la carga de entrenamiento en el ejercicio de prensa inclinada de piernas en hombres y mujeres.
Conclusiones: En la Sección I, el Estudio I concluyó que el peso muerto convencional sería el ejercicio de elección para maximizar la activación de la musculatura anterior del muslo y la parte inferior de la espalda, mientras que las variantes del peso muerto con pierna recta maximizaban la activación de la musculatura posterior del muslo. El Estudio II reveló que los ejercicios de prensa de piernas maximizan la activación de los músculos VL y VMO y mostraron una activación muscular máxima con una flexión de rodilla de 90°. En la Sección II, el Estudio III concluyó que la sentadilla unilateral, la subida al cajón lateral y la zancada frontal podrían recomendarse para fines de rehabilitación, rendimiento y mejora de la fuerza, dependiendo de la estabilidad e intensidad requeridas. El Estudio IV reveló que el ejercicio de prensa inclinada de piernas podría ser un ejercicio de elección cuando el objetivo es estimular la activación del VMO para reducir los desequilibrios entre los músculos de la rodilla. El Estudio V concluyó que una posición de los pies y rotación externa individualizada y preferida facilitarían el rendimiento durante el ejercicio de prensa inclinada de piernas, no mostrando diferencias significativas en la activación muscular entre las condiciones para ambos géneros. Finalmente, el Estudio VI proporcionó datos de referencia para la cuantificación de la carga de entrenamiento en función de la velocidad del movimiento en el ejercicio de prensa inclinada de piernas para hombres y mujeres jóvenes. Cabe destacar que, en todos los estudios, la activación muscular durante la fase concéntrica (positiva) fue mayor que la activación muscular durante la fase excéntrica (negativa) para todos los ejercicios.
- English
Background: Surface electromyography is a technique commonly used to assess muscle activation. This method, along with kinematic movement assessment using a linear encoder, can provide valuable information to strength and conditioning professionals. The electromyographic and kinematic analyses of certain lower limb strengthening movements were the focus of the present thesis due to the importance of these movements in many daily life tasks and sports-related skills (squatting, running, jumping, and cutting etc.).
Aims: The overall objective of the present doctoral thesis is to examine the muscle activation and kinematics of certain lower limb strengthening exercises. For this purpose, the thesis has been divided into two sections. Section I includes two systematic reviews (Studies I and II), the aim of which is to collect contemporary evidence on the subject and provide recommendations for an accurate methodological protocol to be used in future surface electromyography cross-sectional studies. The first systematic review focuses on deadlift exercises while the second focuses on leg press exercises. Section II includes four cross-sectional studies: Study III focuses on the muscle activation analysis of some unilateral-based free weight exercises: the monopodal squat, the forward lunge, and the lateral step-up. Study IV analyzes the muscle activation and kinematic parameters during the inclined leg press exercise under different conditions in a young female population. Study V compares the muscle activation parameters and some kinematic parameters during the inclined leg press exercise under different conditions between men and women. Study VI analyzes and compares gender-specific load-velocity relationships during the inclined leg press exercise; moreover, it provides gender-specific predictive equations for training load monitoring during the inclined leg press exercise.
Methods: Two different approaches were adopted to achieve the outlined objective: 1) for the systematic reviews, by collecting and analyzing the previous literature on the subject, and 2) for the cross-sectional studies, by analyzing the muscle activation and kinematics of the target exercises among a young trained population. The systematic reviews (Studies I and II), and the cross-sectional studies (Studies III-VI) that comprise this thesis draw from the results of the Evaluación Kinesiológica y Electromiográfica de los Ejercicios de Acondicionamiento Muscular (EKEAM) Project [Reference: DEP 2016-80296-R (AEI/FEDER, EU)]. For the cross-sectional studies, two main devices were used: for the muscle activation analysis, a 16-channel WBA Mega device (Mega Electronics Ltd., Kuopio, Finland) was employed at a sampling frequency of 1000 Hz. while for the kinematic parameters analysis, a linear transducer (T-Force System, Ergotech) was used, also at a sampling frequency of 1000 Hz. Analytical approaches included descriptive analyses, Student´s t-test, an analysis of variance (ANOVA) and linear regressions.
Main findings: Section I, Study I revealed that the erector spinae (ES) and quadriceps muscles presented greater muscle activation than the gluteus maximus (GMax) and biceps femoris (BF) in most deadlift variants, whereas the semitendinosus (ST) elicited greater muscle activation than the BF during the deadlift exercises. Study II demonstrated that the vastus lateralis (VL) and vastus medialis oblique (VMO) were the muscles eliciting the greatest muscle activation during the leg press exercises and showed less muscle activation as the knee reached its full extension. In Section II, Study III showed that the monopodal squat produced greater overall muscle activation than the lateral step-up and forward lunge exercises, whereas the VL and VMO elicited the greatest muscle activation during all the exercises. Study IV revealed that the muscle activation pattern did not differ under the different conditions during the inclined leg press exercises, and that the VMO was the muscle that presented the greatest muscle activation in a young female population. Study V demonstrated that variations in stance width and/or feet rotation (the conditions) did not affect muscle activation in the inclined leg press exercises but there were slight differences in the muscle activation pattern between men and women; it also revealed that the mean propulsive velocity (MPV), maximum velocity (Vmax) and maximum power (Pmax) were greater for the male population during the inclined leg press exercises, and that an external feet rotation of 0° and a stance distance of 100% hip width were the preferred conditions for both men and women; furthermore, it reported that a preferred stance position should be encouraged during inclined leg press exercises to optimize performance. Finally, Study VI supported the application of gender-specific load-velocity relationships and predictive equations to quantify the training load in the inclined leg press exercise for men and women.
Conclusions: In Section I, Study I concluded that the conventional deadlift could be the exercise of choice to maximize anterior thigh and lower-back muscle activation, whereas straight-leg deadlift variants maximized posterior thigh muscle activation. Study II revealed that leg press exercises maximized VL and VMO muscle activation and showed peak muscle activation at 90° knee flexion. In Section II, Study III concluded that the monopodal squat, lateral step-up and forward lunge could be recommended for rehabilitation, performance, and strength improvement purposes, depending on the stability and intensity required. Study IV revealed that the inclined leg press exercise could be an exercise of choice when the target is to elicit VMO activation to reduce knee-muscle imbalances. Study V concluded that a preferred feet stance and external rotation would facilitate performance during the inclined leg press exercise with no significant differences in muscle activation. Finally, Study VI provided reference data for young males and female that could be used to prescribe the training load for the inclined leg press exercise based on movement velocity. Note that in all the studies muscle activation was greater during the concentric (positive) phase than during the eccentric (negative) phase for all the exercises.
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