A test of the effort equalization hypothesis in children with cerebral palsy who have an asymmetric gait

Healthy people can walk nearly effortlessly thanks to their instinctively adaptive gait patterns that tend to minimize metabolic energy consumption. However, the economy of gait is severely impaired in many neurological disorders such as stroke or cerebral palsy (CP). Moreover, self-selected asymmetry of impaired gait does not seem to unequivocally coincide with the minimal energy cost, suggesting the presence of other adaptive origins. Here, we used hemiparetic CP gait as a model to test the hypothesis that pathological asymmetric gait patterns are chosen to equalize the relative muscle efforts between the affected and unaffected limbs. We determined the relative muscle efforts for the ankle and knee extensors by relating extensor joint moments during gait to maximum moments obtained from all-out hopping reference test. During asymmetric CP gait, the unaffected limb generated greater ankle (1.36 +/- 0.15 vs 1.17 +/- 0.16 Nm/kg, p = 0.002) and knee (0.74 +/- 0.33 vs 0.44 +/- 0.19 Nm/kg, p = 0.007) extensor moments compared with the affected limb. Similarly, the maximum moment generation capacity was greater in the unaffected limb versus the affected limb (ankle extensors: 1.81 +/- 0.39 Nm/kg vs 1.51 +/- 0.34 Nm/kg, p = 0.033; knee extensors: 1.83 +/- 0.37 Nm/kg vs 1.34 +/- 0.38 Nm/kg, p = 0.021) in our force reference test. As a consequence, no differences were found in the relative efforts between unaffected and affected limb ankle extensors (77 +/- 12% vs 80 +/- 16%, p = 0.69) and knee extensors (41 +/- 17% vs 38 +/- 23%, p = 0.54). In conclusion, asymmetric CP gait resulted in similar relative muscle efforts between affected and unaffected limbs. The tendency for effort equalization may thus be an important driver of self-selected gait asymmetry patterns, and consequently advantageous for preventing fatigue of the weaker affected side musculature.Peer reviewe

Muscle activity and inactivity periods during normal daily life

Recent findings suggest that not only the lack of physical activity, but also prolonged times of sedentary behaviour where major locomotor muscles are inactive, significantly increase the risk of chronic diseases. The purpose of this study was to provide details of quadriceps and hamstring muscle inactivity and activity during normal daily life of ordinary people. Eighty-four volunteers (44 females, 40 males, 44.1±17.3 years, 172.3±6.1 cm, 70.1±10.2 kg) were measured during normal daily life using shorts measuring muscle electromyographic (EMG) activity (recording time 11.3±2.0 hours). EMG was normalized to isometric MVC (EMGMVC) during knee flexion and extension, and inactivity threshold of each muscle group was defined as 90% of EMG activity during standing (2.5±1.7% of EMGMVC). During normal daily life the average EMG amplitude was 4.0±2.6% and average activity burst amplitude was 5.8±3.4% of EMGMVC (mean duration of 1.4±1.4 s) which is below the EMG level required for walking (5 km/h corresponding to EMG level of about 10% of EMGMVC). Using the proposed individual inactivity threshold, thigh muscles were inactive 67.5±11.9% of the total recording time and the longest inactivity periods lasted for 13.9±7.3 min (2.5–38.3 min). Women had more activity bursts and spent more time at intensities above 40% EMGMVC than men (p<0.05). In conclusion, during normal daily life the locomotor muscles are inactive about 7.5 hours, and only a small fraction of muscle\u27s maximal voluntary activation capacity is used averaging only 4% of the maximal recruitment of the thigh muscles. Some daily non-exercise activities such as stair climbing produce much higher muscle activity levels than brisk walking, and replacing sitting by standing can considerably increase cumulative daily muscle activity

Naisjääkiekon lajianalyysi ja harjoittelu

Piia Haakana 2006. Naisjääkiekon lajianalyysi ja harjoittelu. Valmennusopin jatkokurssin seminaarityö, liikuntabiologian laitos, Jyväskylän yliopisto, 34s. Jääkiekon lajianalyysi perustuu pelissä tapahtuviin jatkuvasti muuttuviin tilanteisiin, kuten esimerkiksi kiekonriistoihin, laukauksiin ja kaksinkappailuihin. Lajin ominaispiirteet rakentuvat jään tarjoaman nopeuden päälle, sillä jäällä liikkuminen tekee jääkiekosta erittäin nopean pallopelin jossa tilanteisiin on reagoitava nopeasti. Pelitaktiikka perustuu roolijakoon, josta karkein malli on pelipaikkajako, hyökkääjäpuolustaja- maalivahti, kun taas tarkempi jako määritellään joukkueen pelitaktiikan myötä pelitilanteiden mukaan roolijakona kiekollinen pelaaja- kiekollista puolustava pelaaja, kiekoton pelaaja – kiekotonta puolustava pelaaja. Fyysisesti jääkiekko vaatii pelaajaltaan paljon erilaisia ominaisuuksia, pelin aikana keskimäärin energiaa tuotetaan aerobisesti, mutta aktiivisten työskentelyjaksojen aikana anaerobisesti. Teholajina jääkiekkoilijalta vaaditaan nopeutta sekä hyvää maksimi- ja nopeusvoimatasoa sekä erilaisten pelitilanteiden takia koko vartalon tasapainoista voimaharjoittelua. Liikkuvuus ja kestävyys ovat myös tärkeitä osa-alueita, paremman liikkuvuuden salliessa suuremman voimantuoton ja hyvän kestävyyden puolestaan tuodessa pelaajalle kyvyn pelata koko ottelun ajan osaamallaan taitotasolla. Joukkuelajina jääkiekko vaatii pelaajaltaa ryhmässä sosiaalisia taitoja. Psykologisen valmennuksen kannalta on huomioitava pelaajat yksilönä sekä ryhmän jäseninä, mikä asettaa haasteita psykologiselle valmennukselle. Naisten jääkiekkoa pelataan kansainvälisesti jo laajastikin useissa maissa, mutta USA:n ja Kanadan lisäksi toiminta on vielä amatöörimäistä. Suomessa naisten SM-sarjaa pelataan kuuden joukkueen voimin. Peli- ja harjoittelukaudet sijoittuvat pelien määrääminä siten että kilpailukausi kestää syyskuulta maaliskuulle, jolloin pelataan tärkeimmät eli play offs -ottelut. Harjoittelukausi jaetaan yleensä kahteen osioon ensimmäisen sijoittuessa toukokuulta juhannukseen ja toisen juhannuksesta heinäkuun lopulle. Näin ylimenokausi sijoittuu huhtikuulle ja kilpailuun valmistava kausi elokuulle. Koska kilpailut sijoittuvat usein viikonloppuina kahdelle peräkkäiselle päivälle on naisjääkiekkoilijan erityisen tärkeä huolehtia oikeanlaisesta tankkauksesta ennen molempia pelejä, niiden aikana sekä niiden jälkeen. Lihasten glykogeenivarastot on hyvä täyttää hiilihydraattipitoisella ruokavaliolla. Palautumisessa on huomioitava monia muitakin tekijöitä, riittävä uni, hieronta, sauna sekä psykologiset tekijät. Monet naisten jääkiekossa kätettävät harjoitusmedodit ja – mallit tulevat miesten jääkiekosta, sillä naisten jääkiekko muistuttaa miesten lajia huomattavasti eikä lajiin ole varsinaisesti tehty tutkimusta. Työssä on esimerkkiurheilijaksi valittu kuvitteellinen naisten SM-sarjan keskivertopelaaja, jonka pituus on sarjan keskiarvo 165cm ja paino samaten keskiarvo 63kg. Koska moni sarjassa pelaava pelaaja on kovin nuori, on esimerkkiurheilija jo kokenut 22-vuotias opiskelija. Monet pelaajista käyvät päivätyössä tai opiskelevat pelaamisen ohella sekä rahoittavat itse pelaamisensa. Esimerkkeinä on harjoittelun ja ravinnon sekä palautumisen ajoitus, viikkonäkymä sekä esimerkki kilpailu- ja harjoituskaudelta

The acute effects of massage on muscle tone and perceived recovery

Haakana, Piia 2008. The acute effects of massage on muscle tone and perceived recovery. Department of biology of physical activity, University of Jyväskylä. Bachelor’s thesis. 47 pp. The physiological effects of massage have been controversial in previous studies. There is one previous study on effects of massage on muscle tone but there were no effects during one month intervention. The purpose of this study was to determine the correlations between subcutaneous tissue and rectus femoris muscle thickness and muscle tone. The differences on muscle tone between groups that received massage immediately or one day after the resistance training were examined. The effects of massage on perceived recovery were monitored immediately and day after massage. Ten subjects completed the study, five in each group. The thickness of subcutaneous and muscle tissue, and pennation angle was measured from rectus femoris muscle prior to the training session. Both groups had the same pre measurements and training session, with three sets at 70% of 1 RM squat until exhaustion on a Smith machine. Muscle tone was measured before and after the training and massage sessions, and a day after massage. Subjects filled in questionnaires of their state of perceived recovery each time the muscle tone was measured after the training. Massage was applied for group 1 immediately after the training and for group 2 one day after the training. Massage, 10 minutes per leg, was performed with effleurage and petrissage techniques by the same therapist for each subject. A significant decrease in muscle tone was found in group 1 immediately after training. Following massage the tone increased. There was no effect of training or massage on group 2. This might be due lack of subjects and the control group, insufficient training session, incapability of subjects to totally relax during the muscle tone measurement or other factors such as elevated muscle tone due to activities prior to the measurements

Assessment of physical activity in normal daily life using shorts with embedded EMG electrodes

Fyysistä aktiivisuutta on perinteisesti mitattu syke-, kiihtyvyys- ja askelmittarein sekä kyselylomakkeilla. Lihasaktiivisuus on kuitenkin edellytys liikkeen synnylle, joten lihasaktiivisuuden mittaaminen reisilihaksista on suora menetelmä fyysisen aktiivisuuden määrittämiseen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida normaaliväestön päivittäistä lihas-aktiivisuutta kesällä ja talvella. Kaksitoista koehenkilöä suoritti mittaukset molempina vuodenaikoina. Mittaukset sisälsivät simuloituja päivittäisiä askareita laboratorio-oloissa ja maksimaalisen isometrisen tahdonalaisen suorituksen (MVC) ja yhdestä kolmeen mittauspäivää normaalissa elämässä kenttäoloissa. Lihaksen sähköistä aktiivisuutta, elektromyografia (EMG), mitattiin reisilihaksista shortseilla, joihin oli ommeltu tekstiilielektrodit lahkeisiin. Lihasaktiivisuudesta analysoitiin useita muuttujia, kuten aktiivisuus- ja inaktiivisuusjaksojen kestoja, amplitudia, pinta-alaa ja aktiivisuusjaksojen tiheyttä. Lihasaktiivisuus oli keskimäärin suurempaa talvella kuin kesällä (p > 0.05), sillä murtomaahiihto oli koehenkilöiden keskuudessa suosituin liikuntamuoto. Ylipainoiset koehenkilöt ja ne, jotka raportoivat istuvansa keskimäärin yli 40 % työajastaan olivat merkittävästi vähemmän aktiivisia yli 5 % MVC tasolla, mutta heidän päivittäisestä aktiivisuudestaan merkittävästi suurempi osa oli pienillä aktiivisuuksilla alle 5 % MVC:sta. Normaalipainoisilla ja työaikana alle 40 % istuvilla koehenkilöillä inaktiivisuusjaksojen kestot olivat lyhyempiä kuin ylipainoisilla ja paljon istuvilla. Päivittäinen energiankulutus arvioitiin myös EMG:n avulla perustuen EMG:n ja hapenoton suhteeseen juoksumatolla tehdyn kävelytestin aikana. Koehenkilöillä keskimääräinen päivittäinen metabolinen ekvivalentti (MET) tuntimäärä oli 49,2 ± 13,4 joka vastaa 13 858 ± 3805 kJ. Koehenkilöiden keskiarvo päivittäisestä aktiivisuudesta oli 75 % alle 5 % maksimisuorituksesta, joka vastaa kevyitä aktiviteettejä kuten istumista ja seisomista. Tämä on hälyyttävän suuri osa ajasta ja luku laski vain 16,8 % kun verrattiin päiviä jolloin oli pelattu pallopelejä sekä normaalia päivää. Tulevaisuudessa olisi hyvä tutkia työaikana tapahtuvan arkiaktiivisuuden vaikutusta päivän kokonaisaktiivisuuteen ja inaktiivisuusaikaan. Koska ihmiset viettävät suurimman osan päivästään työpaikoillaan istuen, heitä tulisi kannustaa olemaan fyysisesti aktiivisempia työpäivän aikana, ja näitä vaikutuksia olisi hyvä tutkia yleisten liikuntasuosituksien kannalta.Physical activity has been traditionally measured using heart rate monitors, accelerometers, pedometers or questionnaires. Muscles create the bodily movement and thigh muscles are one of the main locomotor movers. Thus measuring muscle activity from thigh muscles is a direct method for measuring physical activity. This study aimed to assess daily physical activity among normal population in winter and summer seasons. Twelve subjects completed measurements in both seasons, which included simulated daily activity tests and maximal voluntary contractions (MVC) in laboratory conditions and 1-3 days of field measurements. Electromyography (EMG) was measured from thigh muscles using shorts with embedded EMG electrodes. Several variables of muscle activity were analyzed and inactivity and activity period durations were calculated among other burst variables. The average muscle activity was higher during the winter than in the summer (p<0.05) because cross-country skiing was the most popular sport among the subjects. Overweight subjects and subjects who reported their average sitting time to be more than 40 % of the working day had significantly lower muscle activity in activity levels over 5 % of MVC, but higher percentage of total daily activity in below 5 % of MVC. The same groups also had significantly longer total inactivity durations and longest inactivity periods than normal weight subjects, or subjects who used less than 40 % of their working day sitting. Energy expenditure was also estimated from EMG based on the correlation between EMG and oxygen uptake on a treadmill walking test. The subjects had mean daily metabolic equivalent hours (MET) 49,2 ± 13,4 that corresponds to 13 858 ± 3805 kJ. As a conclusion the subjects had on average 75 % of the daily muscle activity below 5 % of MVC, which corresponds to light activities such as sitting and standing. This is alarmingly high amount of time and the amount was only altered 16,8 % when performing ball games in comparison to a normal day. In future studies it would be useful to study effects of physical activity at work places on total daily physical activity level and inactivity times. Because people spend most of the day sitting at work places they should be encouraged to be more active during working hours and the affects of these recommendations in addition to general physical activity recommendations should be studied

Kinemaattinen 3D-analyysi spastisten diplegisten CP-vammaisten lasten kävelystä : Lantion liikkeen tarkastelu kävelyn aikana

Diplegia on CP-vamman muoto, jossa oireet esiintyvät molemmissa alaraajoissa. Ylemmän motoneuronin vauriosta johtuvaa spastisuutta esiintyy merkittävällä osalla CP-vammaisista. Kävelyssä esiintyy erilaisia yksilöllisiä variaatioita lapsen kehitysvaiheesta, vamman oireiden tasosta ja liitännäisoireista riippuen. Kinemaattisella kävelyanalyysillä voidaan havaita nivelten kompensatorinen toiminta, joka saattaa paljaalla silmällä jäädä huomaamatta. Tämä opinnäytetyö oli osa suurempaa Aalto yliopiston ja HUS:n Lastenlinnan sairaalan projektia. Opinnäytetyön tarkoitus oli antaa fysioterapeuteille pohjaa kinemaattisen kävelyanalyysin tulkintaan. Työn tavoitteena oli analysoida spastisten diplegikoiden kävelyä kinemaattisella kävelyanalyysillä ja tarkastella lantion asentoa. Kävely kuvattiin Lastenlinnan liikelaboratoriossa ja nivelkulmien muutokset analysoitiin Vicon –analysointiohjelmalla. Opinnäytetyön tulokset osoittivat spastisten diplegikoiden kävelyn olevan yksilöllistä, joten tämä on tärkeä huomioida myös terapian suunnittelussa. Fysioterapeutit voisivat hyödyntää kinemaattista kävelyanalyysiä ja ohjata terapeuttisia harjoitteita potilaan oireenkuvan mukaan. Kinemaattinen kävelyanalyysi mahdollistaa eri nivelten yhtäaikaisten liikkeiden ja kompensaatioiden tarkastelun.Diplegia is a form of Cerebral Palsy (CP) where the symptoms appear in the lower limbs. Spasticity following an upper motor neuron lesion exists in the major part of patients with CP. Gait variations appear individually depending on the developmental stage of the child, stage of the lesion and secondary symptoms. A kinematic gait analysis can detect compensatory joint activity that might not be seen by bare eye. This thesis was a part of a bigger study in a project in collaboration with Aalto University and the HUS Children’s Hospital. The purpose of the thesis was to provide a foundation for physical therapists to interpret kinematic gait analyses. The aim of the thesis was to analyze gait of spastic diplegic patients and assess their pelvic movement. Gait was recorded in the movement laboratory of the HUS Children’s Hospital, and the joint angle changes were analyzed with the Vicon analysis program. According to the results of the thesis, the gait of those with spastic diplegia has individual characteristics, which is important to consider when planning rehabilitation. Physical therapists could utilize kinematic gait analysis and prescribe therapeutic exercises based on the symptoms of the patient. The kinematic gait analysis enables assessment of multiple joints and their compensations at the same time

Exercise for fitness does not decrease the muscular inactivity time during normal daily life

The time spent in sedentary behaviors has been shown to be independent of exercise in epidemiological studies. We examined within an individual whether exercise alters the time of muscular inactivity within his/her normal daily life. Quadriceps and hamstring muscle electromyographic activities and heart rate were measured during 1 to 6 days of normal daily living of ordinary people. Of 84 volunteers measured, 27 (15 men, 12 women, 40.7 years ± 16.5 years) fulfilled the criteria of having at least 1 day with and 1 day without exercise for fitness (total of 87 days analyzed, 13.0 h ± 2.5 h/day). Reported exercises varied from Nordic walking to strength training and ball games lasting 30 min–150 min (mean 83 min ± 30 min). Exercise increased the time spent at moderate-to-vigorous muscle activity (6% ± 4% to 9% ± 6%, P < 0.01) and energy expenditure (13% ± 22%, P < 0.05). Muscular inactivity, defined individually below that measured during standing, comprised 72% ± 12% of day without and 68% ± 13% of day with exercise (not significant). Duration of exercise correlated positively to the increase in moderate-to-vigorous muscle activity time (r = 0.312, P < 0.05) but not with inactivity time. In conclusion, exercise for fitness, regardless of its duration, does not decrease the inactivity time during normal daily life. This is possible by slight modifications in daily nonexercise activities.peerReviewe

Muscle Inactivity and Activity Patterns after Sedentary-Time Targeted Randomized Controlled Trial

Purpose: Interventions targeting sedentary time are needed. We used detailed EMG recordings to study the short-term effectiveness of simple sedentary time-targeted tailored counseling on the total physical activity spectrum. Methods: This cluster randomized controlled trial was conducted between 2011 and 2013 (InPact, ISRCTN28668090), and short-term effectiveness of counseling is reported in the present study. A total of 133 office workers volunteered to participate, from which muscle activity data were analyzed from 48 (intervention, n = 24; control, n = 24). After a lecture, face-to-face tailored counseling was used to set contractually binding goals regarding breaking up sitting periods and increasing family based physical activity. Primary outcome measures were assessed 11.8 ± 1.1 h before and a maximum of 2 wk after counseling including quadriceps and hamstring muscle inactivity time, sum of the five longest muscle inactivity periods, and light muscle activity time during work, commute, and leisure time. Results: Compared with those in the controls, counseling decreased the intervention group’s muscle inactivity time by 32.6 ± 71.8 min from 69.1% ± 8.5% to 64.6% ± 10.9% (whole day, P < 0.05; work, P < 0.05; leisure, P < 0.05) and the sum of the five longest inactivity periods from 35.6 ± 14.8 to 29.7 ± 10.1 min (whole day, P < 0.05; leisure, P < 0.01). Concomitantly, light muscle activity time increased by 20.6 ± 52.6 min, from 22.2% ± 7.9% to 25.0% ± 9.7% (whole day, P < 0.05; work, P < 0.01; leisure, P < 0.05), and during work time, average EMG amplitude (percentage of EMG during maximal voluntary isometric contraction (MVC) (%EMGMVC)) increased from 1.6% ± 0.9% to 1.8% ± 1.0% (P < 0.05) in the intervention group compared with that in the controls. Conclusions: A simple tailored counseling was able to reduce muscle inactivity time by 33 min, which was reallocated to 21 min of light muscle activity. During work time, average EMG amplitude increased by 13%, reaching an average of 1.8% of EMGMVC. If maintained, this observed short-term effect may have health-benefiting consequences.peerReviewe

Example EMG data from laboratory and field measurements.

<p>Examples of averaged EMG data of left quadriceps femoris from one subject. Part A shows from the laboratory measurement session MVC of knee extension, lying down, standing still and squatting. Part B shows EMG activity during the entire day. Part C shows zoomed areas from daily EMG data (thick vertical lines show which parts of the data are zoomed). Horizontal lines represent baseline and 100% of EMG_MVC.</p

Basic characteristics of the subjects.

<p>Significant difference between genders are expressed as</p>**<p>p<0.01;</p>***<p>p<0.001.</p