Purpose: The purpose of this study was to review articles in order to establish optimal contraction intensity and duration in the performance of relaxation techniques for maximal increase in range of motion. Methods: The Cochrane, EBSCO, Embase, Medline, ProQuest, PubMed, ScienceDirect, and Scopus databases were used to search articles from 1990 to January 2016. The search terms were "contract relax," "hold relax," "muscle energy technique (MET)," and "proprioceptive neuromuscular facilitation (PNF) stretching." Only experimental human studies (randomized controlled trials) that compared the effects of varying intensity and duration of isometric contraction were included. Non-English language and unpublished studies were excluded. Results: A total of 2,156 articles were initially identified, with only five eventually meeting the inclusion and exclusion criteria. Three studies compared the effects of varying intensity in isometric contraction and two studies compared the effects of varying duration in isometric contraction with regard to range of motion (ROM). Two articles suggested that submaximal voluntary isometric contraction was more effective than maximum voluntary isometric contraction (MVIC) in the improvement of ROM. One article showed that a longer contraction time led to greater increases in ROM. Conclusion: Submaximal voluntary isometric contraction was recommended during contract-relax exercises in healthy people. Lack of evidence makes it difficult to suggest the optimal duration of isometric contraction during relaxation techniques. For future research, high-quality evidence will be needed to establish the optimal contraction intensity for maximum improvement of ROM.
Purpose: This study analyzed changes in spinal neuron and action potential of motor unit depending on voluntary contraction on spinal neuron adaptation. Methods: It selected 80 university students in their twenties and divided into experimental groups of 25% MVIC (I), 50% MVIC (II), 75% MVIC (III) and 100% MVIC (IV) depending on maximum voluntary isometric contraction (MVIC) and performed isometric exercise of plantar flexor muscle to each experimental group with given contraction for 20 times. It measured Mmax, H/Mmax, Hmax latency, V/Mmax, V wave latency before and after exercise, compared method and volume of contraction. Results: H/Mmax ratio showed significant difference in comparison among groups (p<0.01) and there was difference in I and IV groups. V/Mmax ratio showed significant difference in comparison among experimental groups (p<0.05) and there was difference in I and IV groups. When voluntary contraction level was maximum, changes were greatest. However, no significantly difference was to Mmax, H latency and V wave latency. Conclusion: These results suggest that amplitude changes of voluntary contraction level, spinal neuron and supra-spinal neuron had a dose connection that the more contraction level, the better central activation seem to decrease highly for a short time.
This study was performed to investigate the isometric endurance time as percentages of maximum voluntary contraction. Electromyogram(EMG) and Borg's CR-I0 value were measured by push-pull-up-down tasks for 10 healthy males. The normalized EMG value and the MPF(mean power frequency) were used to estimate the muscle recruitment pattern and the development of muscle fatigue. The subjects exerted and maintained 5 levels of %MVC(maximum voluntary contraction) in $90^{\circ}$ shoulder flexion/ 180oelbow extension at sitting posture. The up-task showed the lower endurance time and higher Borg's CR-I0 value than the other task types. Comparing Rohmert's curve with the endurance time of task types. Rohmert's curve overestimated the endurance time of up-task and underestimated the endurance time of push-pull-down tasks. The normalized EMG value showed that muscles recruitment patterns were different from task types. The 4 muscles(biceps brachii muscle, tricep brachii muscle. middle deltoid muscle. trapezius muscle) recruitment patterns of up-task were higher than those of other tasks. The MPF value decreased with the endurance time, and the shift of MPF at up-task was larger than that of the other task types.
Kim, Jong-Ah;Shin, Narae;Lee, Sungjune;Xu, Dayuan;Park, Jaebum
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.31
no.2
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pp.140-147
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2021
Objective: The purpose of this study is to identify the mechanism of changes in maximum voluntary torque with the magnitude and duration of pre-activation torque during voluntary isometric knee extension. Method: 11 male subjects (age: 25.91±2.43 yrs., height: 173.12±3.51 cm, weight: 76.45±7.74 kg) participated in this study. The subjects were required to produce maximal voluntary isometric torque with a particular pre-activation torque condition. The properties of pre-activation torque consisted of the combinations of 1) three levels of magnitude, e.g., 32 Nm, 64 Nm, 96 Nm, and 2) two levels of duration, e.g., 1 sec, and 3 sec; thus, a total of six conditions were given to the subjects. The force and EMG data were measured using the force transducers and wireless EMG sensor, respectively. Results: The results showed that the maximum voluntary torque increased the most with relatively large and fast (96 Nm, 1 sec) pre-activation condition. Similarly, with relatively large and fast (96 Nm, 1 sec) preactivation, it was found that the integrated EMG (iEMG) of the agonist muscles increased, while no significant changes in the co-contraction of the antagonist muscles for the knee extension. Also, the effect of pre-activation conditions on the rate of torque development was not statistically significant. Conclusion: The current findings suggest that relatively larger in magnitude and shorter in duration as the properties of pre-activation lead to a larger magnitude of maximal voluntary torque, possibly due to the increased activity of the agonist muscles during knee extension.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.5
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pp.843-850
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2017
The EMG amplitude estimator, which has been investigated as an indicator of muscle force, is utilized as the control input to artificial prosthetic limbs. This paper describes an application of the optimal EMG amplitude estimator to the surface EMG signals recorded during constant isometric %MVC (maximum voluntary contraction) for 30 seconds and reports on assessing performance of the amplitude estimator from the application. Surface EMG signals, a total of 198 signals, were recorded from biceps brachii muscle over the range of 20-80%MVC isometric contraction. To examine the estimator performance, a SNR(signal-to-noise ratio) was computed from each amplitude estimate. The results of the study indicate that ARV(average rectified value) and RMS(root mean square) amplitude estimation with forth order whitening filter and 250[ms] moving average window length are optimal and showed the mean SNR improvement of about 50%, 40% and 20% for each 20%MVC, 50%MVC and 80%MVC surface EMG signals, respectively.
Yoon, Jung Gyu;Ryu, Je Ju;Roh, Hye Won;Yang, Hyun Ah;Lee, Sang Bin
Journal of International Academy of Physical Therapy Research
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v.3
no.2
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pp.422-428
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2012
The present study purposed to examine the effects of transcutaneous electrical nerve stimulation, self-stretching and functional massage on the recovery of muscle contraction force for muscle fatigue caused by sustained isotonic contraction. The subjects of this study were 45 healthy students. They were divided into transcutaneous electrical nerve stimulation group(n=15), self-stretching group(n=15) and functional massage group(n=15), and using Primus RS. We observed the pattern of changes in maximal voluntary isometric contraction force(MVIC) after causing muscle fatigue in quadriceps femoris muscle through sustained isotonic contraction. Maximal voluntary isometric contraction force(MVIC) were greatly increased after transcutaneous electrical nerve stimulation, self-stretching and functional massage. In the comparison of recovery rate of muscle contraction force for muscle fatigue caused by sustained isotonic contraction among the treatment groups, it did not show any significant differences. However, it showed that each treatment may be effective in recovery of muscle fatigue caused by sustained isotonic contraction.
The purpose of this study was to investigate how maximum-effort eccentric exercise over different contraction ranges affects the characteristics of torque-angle relationship of human ankle plantarflexor in-vivo. Subjects were randomly assigned in two groups. One group (n=6) performed 120 maximum-effort eccentric ankle dorsiflexion contractions at short muscle length (ankle range of motion from -5 to 15 deg) and the other group (n=6) at long (ankle range of motion from 10 to 30 deg) muscle length. Eccentric exercise decreased the maximum isometric ankle plantarflexion torque ${\sim}40%$. It was found that the optimum ankle joint angle changed from 7.5 deg to 11.1 deg and 10.1 deg, shifted toward the longer muscle length, regardless of the exercise range. The results of this study suggest that eccentric exercise alters the characteristics of torqueangle relationship of the muscle but there is no differential effect of the eccentric contraction range.
Objective: The purpose of this study was to examine the effect on multifidus and external oblique abdominis muscle activation during hip contraction of three types (concentric, isometric, eccentric) in standing position. Design: Cross-sectional study. Methods: Twenty healthy adult men volunteered to participate in this study. Muscle activation was recorded from gluteus maximus, both multifidus, and both external oblique abdominis by surface electromyography (EMG) while holding position in the type of gluteus maximus contraction. EMG values were normalized by maximum muscle contractions (% maximum voluntary isometric contraction). All subjects performed hip extension with three contraction methods. The type of gluteus maximus contraction using Thera-band was composed of concentric contraction (type 1), isometric contraction (type 2), and eccentric contraction (type 3). To measure muscle activation on the gluteus maximus contraction type, each position were maintained for 5 seconds with data collection taken place during middle three seconds. Muscle activation was measured in each position three times. Results: For the results of this study, there was no significant difference within three contraction patterns of the gluteus maximus (concentric, isometric, and eccentric) each both multifidus, both external oblique abdominis, and gluteus maximus. And there was no significant difference among both multifidus, both external oblique abdominis, and gluteus maximus each hip extension contraction type. Conclusions: These findings suggest that specific contraction types of the gluteus maximus does not lead to a more effective activation of the multifidus, external oblique abdominis, and gluteus maximus.
Objective: To investigate the effect of short-term vibration frequencies on muscle force generation capabilities. Method: Six healthy participants were recruited for this study and only their dominant leg was tested. The subjects were tested under five conditions of vibration frequencies with constant amplitude: 0 Hz (no vibration), 30 Hz, 60 Hz, and 90 Hz, and the vibration amplitude was 10 mm for all frequency conditions. The vibration was applied to the rectus femoris (RF). The subjects were then instructed to maintain a steady-state isometric knee joint torque (100 Nm) for the first 6 s. After the steady-state torque production, the subjects were required to produce isometric knee joint torque by leg extension as hard as possible with a start signal within the next 3 s. The vibration was applied for ~4 s starting from 1 s before initiation of the change in the steady-state knee joint torque. Results: The results showed that the maximum voluntary torque (MVT) of the knee joint increased with the vibration frequencies. On average, the MVTs were 756.47 Nm for 0 Hz (no vibration) and 809.61 Nm for 90 Hz. There was a significant positive correlation (r = 0.71) between the MVTs and integrated electromyograms (iEMGs). Further, the co-contraction indices (CCIs) were computed, which represent the ratio of the iEMGs of the antagonist muscle to the iEMGs of all involved muscles. There was a significant negative correlation (r = 0.62) between the CCIs and MVTs, which was accompanied by a significant positive correlation (r = 0.69) between the iEMGs of the vibrated muscle (RF). There was no significant correlation between the MVTs and iEMGs of the antagonist muscle. Conclusion: The results of this study suggest that the short-term vibration on the muscle increases the level of muscle activation possibly owing to the increased Ia afferent activities, which enhances the muscle force generation capability.
Purpose: This study is to investigate the muscle activity based on real-time visual feedback training methods by rehabilitative ultrasound image in elderly and correlation between Heckmatt scale grade, muscle tone and thickness. Design: Cross-sectional study: Pilot study Methods: 6 elderly participated in the study with 2 conditions. Under the condition of rehabilitation ultrasound imaging equipment, all subjects performed voluntary maximal muscle contraction of the quadriceps 3 times using visual feedback based on Rehabilitative Ultrasound Imaging 1.0 (RUSI 1.0). Under the condition of only ultrasound images, all subjects performed voluntary maximal muscle contraction of the quadriceps 3 times using ultrasound image-based visual feedback. The muscle thickness and tone of the quadriceps were measured and the grades were classified by Heckmatt scale and all variables were comparative analyzed. Results: Heckmatt scale grade showed a negative correlation with muscle thickness at relaxation (p<0.05), and a negative correlation with the difference value obtained by subtracting muscle thickness at relaxation from muscle thickness at contraction in ultrasound image condition (p<0.05). The muscle tone during relaxation showed a negative correlation with the muscle thickness during relaxation (p<0.05). Conclusion: In the case of voluntary maximum muscle contraction of the quadriceps muscle in the elderly, it can be seen that the muscle thickness is getting larger when the RUSI 1.0-based visual feedback is provided than with only ultrasound image provided. And the lower Heckmatt scale grade is, the thicker the muscle is, and the lower the muscle tone is.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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