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Curvature of gastrocnemius muscle fascicles as function of muscle-tendon complex length and contraction in humans

Heieis, Jule und Böcker, Jonas und D'Angelo, Olfa und Mittag, Uwe und Albracht, Kirsten und Schönau, Eckhard und Meyer, Andreas und Voigtmann, Thomas und Rittweger, Jörn (2023) Curvature of gastrocnemius muscle fascicles as function of muscle-tendon complex length and contraction in humans. Physiological Reports, 11 (11), e15739. Wiley. doi: 10.14814/phy2.15739. ISSN 2051-817X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.14814/phy2.15739

Kurzfassung

It has been shown that muscle fascicle curvature increases with increasing contraction level and decreasing muscle–tendon complex length. The analyses were done with limited examination windows concerning contraction level, muscle–tendon complex length, and/or intramuscular position of ultrasound imaging. With this study we aimed to investigate the correlation between fascicle arching and contraction, muscle–tendon complex length and their associated architectural parameters in gastrocnemius muscles to develop hypotheses concerning the fundamental mechanism of fascicle curving. Twelve participants were tested in five different positions (90°/105°*, 90°/90°*, 135°/90°*, 170°/90°*, and 170°/75°*; *knee/ankle angle). They performed isometric contractions at four different contraction levels (5%, 25%, 50%, and 75% of maximum voluntary contraction) in each position. Panoramic ultrasound images of gastrocnemius muscles were collected at rest and during constant contraction. Aponeuroses and fascicles were tracked in all ultrasound images and the parameters fascicle curvature, muscle–tendon complex strain, contraction level, pennation angle, fascicle length, fascicle strain, intramuscular position, sex and age group were analyzed by linear mixed effect models. Mean fascicle curvature of the medial gastrocnemius increased with contraction level (+5 m−1 from 0% to 100%; p = 0.006). Muscle–tendon complex length had no significant impact on mean fascicle curvature. Mean pennation angle (2.2 m−1 per 10°; p < 0.001), inverse mean fascicle length (20 m−1 per cm−1; p = 0.003), and mean fascicle strain (−0.07 m−1 per +10%; p = 0.004) correlated with mean fascicle curvature. Evidence has also been found for intermuscular, intramuscular, and sex-specific intramuscular differences of fascicle curving. Pennation angle and the inverse fascicle length show the highest predictive capacities for fascicle curving. Due to the strong correlations between pennation angle and fascicle curvature and the intramuscular pattern of curving we suggest for future studies to examine correlations between fascicle curvature and intramuscular fluid pressure.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/195377/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Curvature of gastrocnemius muscle fascicles as function of muscle-tendon complex length and contraction in humans
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Heieis, JuleInstitute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), 51147 Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Böcker, JonasJonas.Boecker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2388-0384NICHT SPEZIFIZIERT
D'Angelo, OlfaFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberghttps://orcid.org/0000-0002-7218-4596NICHT SPEZIFIZIERT
Mittag, UweGerman Aerospace Center (DLR), Institute of Aerospace Medicine, Division of Space Physiology, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Albracht, KirstenGerman Sport University Colognehttps://orcid.org/0000-0002-4271-2511NICHT SPEZIFIZIERT
Schönau, EckhardUniversity of Cologne, University Children Hospital, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, AndreasAndreas.Meyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigtmann, ThomasThomas.Voigtmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rittweger, JörnJoern.Rittweger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2223-8963NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Juni 2023
Erschienen in:Physiological Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.14814/phy2.15739
Seitenbereich:e15739
Verlag:Wiley
ISSN:2051-817X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:biomechanics, connective tissue, physiology, ultrasound, muscle fascicles, fascicle curvature
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Muskelmechanik und Metabolismus
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Muskel- und Knochenstoffwechsel
Institut für Materialphysik im Weltraum > Wissenschaftliche Experimente
Hinterlegt von: Voigtmann, Dr.rer.nat. Thomas
Hinterlegt am:05 Jun 2023 06:32
Letzte Änderung:07 Jun 2023 09:52

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