Experimental section
Electromyographic and mechanical characteristics of human skeletal muscle during fatigue under voluntary and reflex conditionsCaractéristiques électromyographiques et mécaniques du muscle squelettique chez l'homme au cours de la fatigue en conditions de contraction volontaire et réflexe

https://doi.org/10.1016/0013-4694(83)90132-3Get rights and content

Abstract

Effects of fatigue produced by a maintained 50% isometric loading on electromyographic (EMG) and mechanical characteristics of voluntary and reflex contractions of human skeletal muscles were studied in 14 males. A continuous isometric loading of the knee extensors caused significant (P < 0.001) increase in integrated EMG (IEMG) and decrease (P < 0.001) in mean power frequency (MPF) of the EMG spectrum. The decrease in MPF was related (P < 0.05) to percentage fast twitch (FT) fibre area of the vastus lateralis muscle. In reflexly induced contractions no changes were observed during fatigue in reflex latency (LAT) but electromechanical delay (EMD) increased significantly (P < 0.01). The decrease in voluntary MPF and increase in reflex EMD were interrelated (P < 0.05). Fatigue loading increased (P < 0.05) the peak-to-peak amplitude of EMG of the reflex contraction but decreased (P < 0.01) the corresponding force amplitude. The increase (P < 0.01) in this reflex EMG/force ratio was related (P < 0.05) to the corresponding increase observed in IEMG/force ratio of the voluntary contraction. The present findings support the differential fatiguing properties of fast twitch and slow twitch muscle fibres. In addition the fatigue effects on reflexly induced contractions show that fatigue took place primarily in the contractile processes and that muscle spindle sensitivity was increased during fatigue loading.

Résumé

On a étudié, chez 14 sujets masculins, les effets, sur les caractéristiques EMG et mécaniques des contractions volontaires et réflexes de muscles squelettiques, de la fatigue entraînée par le maintien d'une charge en isométrie à 50%. Une charge isométrique continue des extenseurs du genou a provoqué une augmentation de l'EMG intégré (IEMG) et une baisse de la fréquence moyenne de puissance (MPF) du spectre EMG, toutes deux significatives à P < 0,001. La baisse de la MPF était en relation (P < 0,05) avec le pourcentage de fibres à contraction rapide (FT) du muscle vaste externe. Pendant la fatigue on n'a pas observé de modifications, lors des contractions induites par voie réflexe, de la latence du réflexe (LAT); toutefois le délai électromécanique (EMD) s'est montré significativement augmenté (à P < 0,001). La diminution de la MPF volontaire et l'augmentation de l'EMD réflexe étaient liées entre elles (P < 0,05). La fatigue due à la charge augmentait (P < 0.05) l'amplitude pic à pic de l'EMG de la contraction réflexe, mais diminuait (P < 0.01) l'intensité correspondante de la force. L'augmentation du rapport EMG/force de la contraction réflexe était liée (P < 0,05) à l'augmentation correspondante du rapport IEMG/force de la contraction volontaire. Ces données sont en faveur d'une différence de fatigabilité des fibres musculaires à contraction phasique rapide et à contraction lente. De plus, les effets de la fatigue sur les contractions réflexes ont montré que cette fatigue agissait au premier chef dans les processus contractiles, et que la sensibilité des fuseaux musculaires était augmentée lors de la fatigue par charge.

References (34)

  • R. Enoka et al.

    Changes in excitability of tendon tap and Hoffmann reflexes following voluntary contractions

    Electroenceph. clin. Neurophysiol.

    (1980)
  • J. Smith et al.

    Postcontraction changes in sensitivity of muscle afferents to static and dynamic stretch

    Brain Res.

    (1974)
  • J. Bergström

    Muscle electrolytes in man

    Scand, J. clin. Lab. Invest.

    (1962)
  • B. Bigland-Ritchie et al.

    Central and peripheral fatigue in sustained maximum voluntary contractions of human quadriceps muscle

    Clin. Sci. mol. Med.

    (1978)
  • M. Boulangé et al.

    Muscular fatigue and rate of tension development

    Europ. J. Appl. Physiol.

    (1979)
  • M. Brown et al.

    After-effects of fusimotor stimulation on the response of muscle spindle primary afferent endings

    J. Physiol. (Lond.)

    (1969)
  • M. Brown et al.

    The persistence of stable bonds between actin and myosin filaments of intrafusal fibers following their activation

    J. Physiol. (Lond.)

    (1970)
  • P. Gollnick et al.

    Enzyme activity and fiber composition in skeletal muscle of untrained and trained men

    J. appl. Physiol.

    (1972)
  • G. Hayes

    Effects of fatiguing isometric excercise upon Achilles tendon reflex and plantar flexion reaction time components in man

    Europ. J. appl. Physiol.

    (1975)
  • B. Hulten et al.

    Relationship between isometric endurance and fiber types in human leg muscles

    Acta physiol. scand.

    (1975)
  • R. Hutton et al.

    Postcontraction sensory discharge from muscle and its source

    J. Neurophysiol.

    (1973)
  • R. Kadefors et al.

    Dynamic spectrum analysis of myo-potentials and with special reference to muscle fatigue

    Electromyography

    (1968)
  • G. Kamen et al.

    Exercise effects upon reflex time components in weightlifters and distance runners

    Med. Sci. Sports Exercise

    (1981)
  • P.V. Komi

    Electromyographic, mechanical and metabolic changes during static and dynamic fatigue

  • P.V. Komi et al.

    Quantitative evaluation of mechanical and electrical changes during fatigue loading of eccentric and concentric work

    Scand. J. rehab. Med.

    (1974)
  • P.V. Komi et al.

    EMG frequency spectrum, muscle structure, and fatigue during dynamic contractions in man

    Europ. J. appl. Physiol.

    (1979)
  • P.V. Komi et al.

    Skeletal muscle fibers and muscle enzyme activities in monozygous and dizygous twins of both sexes

    Acta physiol. scand.

    (1977)
  • Cited by (0)

    View full text