Article

Paraspinal muscle deoxygenation and neuromuscular involvement of agonist and antagonist muscles during prolonged trunk extension exercise

Désoxygénation des muscles paravertébraux et implication des muscles agonistes et antagonistes lors d’un exercice d’extension du tronc

¹ Univ. Lille, Univ. Artois, Univ. Littoral Côte d’Opale, ULR 7369 - URePSSS - Unité de Recherche Pluridisciplinaire Sport Santé Société, 59000 Lille, France
² CHRU Lille, Service de Médecine Physique et de Réadaptation fonctionnelle, Lille, France

^* Corresponding author: agathe.anthiererens@gmail.com

Received: 14 November 2024
Accepted: 28 April 2025

Abstract

Objective: To investigate the agonist and antagonist muscles implication during a prolonged trunk extension exercise and to determine the relationship with paraspinal muscle metabolic and hemodynamic responses in healthy individuals. Methods: Sixteen young and healthy subjects performed a 5-minute exercise of trunk extension. During the exercise, the paraspinal muscle deoxygenation was assessed using near infrared spectroscopy. Electromyography was used to assess the neuromuscular function of paraspinal muscles, biceps femoris, gastrocnemii and rectus abdominis. Results: There were increases in paraspinal muscle deoxygenation (P < 0.001). There was solely a non-significant trend concerning the increase in electromyographic signals amplitude in paraspinal muscle (P > 0.05), whereas it decreased in biceps femoris (P = 0.001) and in the left gastrocnemius (P = 0.002), and it increased in rectus abdominis (P = 0.023). Electromyographic signals amplitude in paraspinal muscle, biceps femoris and gastrocnemii were correlated with paraspinal muscles deoxygenation (P < 0.001). Conclusion: The correlations imply that the greater local deoxygenation was; the greater the agonist and co-agonist muscles were involved. Also, the biceps femoris, the gastrocnemii and the rectus abdominis presented neuromuscular fatigue manifestations. This suggests that these agonist and antagonist muscles to trunk extension were significantly involved. This should be considered for the prevention of lower back muscle fatigue and to prevent injuries.

Résumé

Objectif: Analyser l’implication des muscles agonistes et antagonistes lors d’un exercice prolongé d’extension du tronc, et déterminer la relation entre ces implications et les réponses métaboliques et hémodynamiques des muscles paravertébraux. Méthodes: Seize individus jeunes et en bonne santé ont effectué un exercice de 5 minutes d’extension du tronc. Lors de cet exercice, la désoxygénation des muscles paravertébraux a été mesurée grâce à la spectroscopie du proche infrarouge. L’électromyographie a permis d’évaluer la fonction neuromusculaire des muscles paravertébraux, biceps fémoraux, gastrocnémiens et grand droit de l’abdomen. Résultats: La désoxygénation des muscles paravertébraux augmentait à l’exercice (P < 0.001). Il y avait une augmentation non-significative concernant la modification des signaux EMG des muscles paravertébraux (P > 0.05), une diminution de l’amplitude du signal pour les muscles biceps fémoraux (P = 0.001) et pour le muscle gastrocnémien gauche (P = 0.002), et une augmentation dans le muscle grand droit de l’abdomen (P = 0.023). L’amplitude des signaux EMG était corrélée à la désoxygénation dans les muscles paravertébraux (P < 0.001). Conclusions: La corrélation implique que plus la désoxygénation locale est importante, plus les muscles agonistes et co-agonistes sont sollicités. De plus, les muscles biceps fémoraux, gastrocnémiens et grands droits de l’abdomen présentaient des manifestations de fatigue neuromusculaire. Cela suggeàre que ces muscles agonistes et antagonistes au mouvement d’extension du tronc étaient significativement impliqués lors de l’exercice. Cela mérite d’être pris en considération pour la prévention de la fatigue des muscles du dos et pour éviter les blessures.