Función muscular obtenida con ultrasonido de modo de movimiento y electromiografía de superficie durante el ejercicio de resistencia central

Resumen

Este protocolo utiliza ultrasonido de modo de movimiento y electromiografía de superficie simultáneamente para medir la función muscular del núcleo. El grosor muscular y la activación de los estabilizadores locales (por ejemplo, transverso abdominal, oblicuo interno) y los motores globales (por ejemplo, oblicuo externo) se pueden lograr durante los puntos de tiempo específicos de la tabla lateral y los ejercicios de insectos muertos.

Resumen

El ultrasonido en modo de movimiento (modo M) permite a los investigadores y médicos medir el cambio del grosor muscular a lo largo del tiempo. El grosor muscular se puede medir entre los bordes fasciales en un momento dado durante un ejercicio. Este punto de tiempo seleccionado produce una imagen unidimensional que resulta en la observación en tiempo real y en vivo de la anatomía. El ultrasonido utilizado durante el movimiento funcional puede denominarse ultrasonido dinámico; Esto es factible y confiable con el uso de un transductor lineal, un cinturón elástico y un bloque de espuma para asegurar una colocación consistente del transductor. La pared abdominal lateral se investiga comúnmente mediante ultrasonido debido a la naturaleza superpuesta de los músculos. La electromiografía de superficie (sEMG) puede complementar las imágenes de ultrasonido en modo M porque mide la representación eléctrica de la activación muscular. Hay evidencia mínima que utiliza la ecografía en modo M y la EMG simultáneamente durante el ejercicio central. Los ejercicios que desafían la musculatura central involucran tanto sujeciones isométricas (por ejemplo, plancha lateral) como movimientos oscilatorios de las extremidades (por ejemplo, insecto muerto). En este estudio, ambos instrumentos se utilizarán simultáneamente para medir la función muscular central durante el ejercicio. Las mediciones de ultrasonido se obtendrán utilizando un transductor lineal y una unidad de ultrasonido, y las mediciones de sEMG se adquirirán de un sistema sEMG inalámbrico. Para hacer comparaciones entre los participantes y los ejercicios, se utilizarán métodos de normalización utilizando posiciones de inicio estáticas de ejercicio para ambos instrumentos. Se utilizará una relación de activación para la ecografía y se calculará dividiendo el grosor contraído (espesor durante un punto de tiempo del ejercicio) por el espesor descansado (posición inicial). El grosor muscular se medirá en centímetros desde el borde fascial inferior superior hasta el borde fascial superior inferior. Estos métodos tienen como objetivo ofrecer una medición innovadora y práctica de la función muscular con ultrasonido en modo M y sEMG durante los ejercicios de resistencia central.

Introducción

La pared abdominal lateral está formada por el transverso abdominal, el oblicuo interno y el oblicuo externo¹. La pared abdominal lateral se contrae concéntrica, excéntrica e isométricamente para soportar las fuerzas ejercidas sobre el cuerpo¹. La co-contracción de este grupo muscular proporciona estabilización del centro del cuerpo humano ^2,3. Estos músculos son importantes durante la prevención y rehabilitación de las lesiones de las extremidades inferiores, ya que la mala función del tronco se asocia con el aumento de la aducción de cadera y el valgo de rodilla, que son factores de riesgo para lesiones de las extremidades inferiores ^4,5. Centrarse en fortalecer y aumentar la resistencia muscular de la musculatura central no solo disminuye los factores de riesgo para la extremidad inferior, sino que también puede disminuir el dolor lumbar⁶. Recientemente, se ha recomendado que las personas que sufren de dolor lumbar agudo y crónico deben incluir el fortalecimiento del tronco, la resistencia y la activación específica del músculo del tronco en su rehabilitación⁶. Un ejemplo de activación muscular específica del tronco es apuntar a músculos del tronco aislados o agrupados utilizando la co-contracción para restaurar el control o aumentar la coordinación de la región lumbopélvica-cadera⁶.

Dos formas de medir objetivamente la función muscular son el uso del ultrasonido del modo de movimiento (modo M) y la electromiografía de superficie (sEMG). El ultrasonido de modo M proporciona una visualización en tiempo real del movimiento muscular y de la fascia durante un tiempo registrado que puede mostrar el inicio y la extensión del movimiento⁷. La distancia entre el borde fascial inferior superior y el borde fascial superior inferior se mide en un momento seleccionado para obtener el grosor muscular. El grosor muscular durante un punto de tiempo específico de un ejercicio se puede dividir por el grosor en reposo para lograr una relación de activación⁸. sEMG proporciona información sobre la activación muscular y la fatiga, ya que la salida se puede comparar con la contracción máxima del músculo⁹. Estos dos instrumentos y métodos han sido utilizados previamente para medir el inicio de la activación muscular de la cadera durante una variedad de ejercicios en individuos sanos y lesionados¹⁰. Los ejercicios que se dirigen al tronco, y específicamente a la pared abdominal lateral, son la plancha lateral y el insecto muerto^11,12,13. La plancha lateral se realiza en una posición acostada de lado con el codo directamente debajo del hombro y el antebrazo en el suelo, las caderas se levantan del suelo hasta que la columna vertebral está en una posición neutral. Las rodillas están extendidas y los pies se colocan uno encima del otro⁹ (Figura suplementaria 1). El insecto muerto se realiza en posición supina con ambos brazos rectos arriba y las caderas y rodillas flexionadas en un ángulo de 90 °. El ejercicio comienza cuando un brazo se flexiona por encima de la cabeza y la pierna contralateral se extiende. El brazo y la pierna opuestos permanecen en una posición neutral y luego se flexionan y extienden una vez que el brazo y la pierna móviles originales vuelven a la posición neutral¹³ (Figura suplementaria 2 y Figura suplementaria 3).

Se ha observado que la activación del oblicuo externo oscila entre el 37% y el 62% de la contracción isométrica voluntaria máxima (MVIC) durante la tabla lateral^11,12,14. Durante el bicho muerto, la activación del oblicuo externo se ha registrado entre el 20% y el 30% de MVIC para sólo cinco repeticiones del ejercicio¹⁵. El abdomen oblicuo interno y transverso, los músculos abdominales más profundos de la pared abdominal lateral, activan entre el 22% y el 28% de MVIC durante la plancha lateral^12,14. Debido a la naturaleza superpuesta del abdomen oblicuo interno y transverso, los dos músculos se han combinado durante la recolección de sEMG¹⁴. Una limitación de sEMG es la diafonía de los músculos adyacentes, donde el sensor sEMG puede estar produciendo una salida de un músculo diferente, lo que resulta en una falsa comprensión de la activación¹⁶. Las mediciones del grosor muscular obtenidas con ultrasonido pueden ser utilizadas para mitigar esta limitación, y esta medición es factible durante los ejercicios del tronco, como las sujeciones isométricas mencionadas anteriormente¹⁷.

El grosor muscular de la pared abdominal lateral se ha registrado durante la tabla lateral como una magnitud absoluta de diferencia entre el espesor contraído y el espesor en reposo. En el punto de tiempo de 30 s de una tabla lateral, el grosor muscular del oblicuo interno y el oblicuo externo aumentó en 0,526 mm y 0,205 mm, respectivamente¹⁷. Estas mediciones se registraron en modo de ultrasonido de brillo en un punto de tiempo durante la tabla lateral. El ultrasonido en modo B se realiza comúnmente para evaluar las imágenes antes y después; Sin embargo, este método sólo permite la medición en dos puntos temporales¹⁸. El ultrasonido en modo M proporciona mayores ventajas en comparación con el ultrasonido en modo B, ya que puede detectar el inicio de la activación muscular, así como el grosor muscular durante la totalidad del ejercicio con cualquier punto de tiempo que pueda seleccionarse para la medición¹⁸. Por lo tanto, el objetivo general del protocolo actual es proporcionar una medición innovadora y práctica de la función muscular con ultrasonido en modo M y sEMG durante los ejercicios de resistencia central. Esto es beneficioso para los investigadores y los médicos para comprender cómo funcionan los músculos a lo largo de la duración de un ejercicio, especialmente de naturaleza de resistencia, en lugar de una medición aislada a un solo punto de tiempo.

Protocolo

Todos los participantes humanos dieron su consentimiento informado. El protocolo fue parte de un estudio aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Florida Central. Los criterios de inclusión incluyeron edades de 18 a 45 años y actividad física de acuerdo con las pautas del ACSM (30 min de actividad moderada a vigorosa 5 días a la semana)¹⁹. Los criterios de exclusión incluyeron dolor lumbar en el último año, dolor o lesión actual de cadera, extremidad superior o inferior, antecedentes de un año de cirugía lumbar o cirugía de extremidades inferiores, trastorno del equilibrio autoinformado, anomalías musculares, embarazo actual o tener una herida abierta en el área abdominal (Tabla 1).

1. Preparación del instrumento de recolección de datos

1. Verifique la integridad de la máquina de ultrasonido y la máquina sEMG (consulte la Tabla de materiales).
   1. Encienda la máquina de ultrasonido, presione Paciente y agregue un nuevo paciente. Haga clic en Nuevo paciente e introduzca el número de identificación del paciente . Seleccione Tipo de examen MSK > Preajuste abdominal y pulse Registrar. Pulse Salir.
   2. Encienda la tableta (consulte Tabla de materiales) y haga clic en la aplicación de grabación EMG. Haga clic en el botón Menú en la pantalla superior izquierda y busque sensores. Saque el sensor de la base y coloque el cursor sobre el botón de activación. Una vez que el sensor esté conectado con la aplicación, cree una nueva carpeta con el número de identificación del participante.
      NOTA: Ajustes de ultrasonido en preajuste abdominal, modo B: color B = Mapa de tinte D, Altura de zoom de escritura = 4, Ancho de zoom de escritura = 4, Índice térmico = Tls, Nivel ATO = Bajo, Número de enfoque = 2, Número de enfoque CrossXBeam = 2, Profundidad de enfoque = 50, Profundidad (cm) = 3, Compresión = 1, Ancho de enfoque = 1, Ancho de enfoque CrossXBeam = 1, Densidad de línea = 3, Densidad de línea CrossXBeam = 3, Supresión = 0, Promedio de fotogramas = 4, desde CrossXBeam promedio = 2, CrossXBeam = 2, CrossXBeam # = Bajo, Tipo CrossXBeam = Media, Mejora de borde = 3, Dirección B = 0, Mapa de escala de grises = Mapa gris C, Ganancia = 34, Rango dinámico = 69, Rechazo = 0, Frecuencia (MHz) = 12. Ajustes de ultrasonido en preajuste abdominal, modo M: velocidad de barrido = 0, color M = mapa de tinte C, formato de visualización DOP = Vert 1/2 B, rechazo = 0, compresión = 1, mapa de escala de grises = mapa gris D, ganancia M (delta de B) = 0.

2. Preparación de la electromiografía superficial (ver Tabla de materiales)

1. Determine la ubicación del sensor oblicuo externo palpando la cresta ilíaca derecha y la costilla inferior derecha mientras el participante está en posición supina (Figura 1). Coloque el sensor 3 cm anterior desde el punto medio entre la costilla inferior y la cresta ilíaca, paralelo a las fibras musculares²⁰.
2. Afeite, limpie y desbride el área de la piel donde se colocará el sensor (consulte la Tabla de materiales). Agregue adhesivo (consulte la Tabla de materiales) al sensor y asegúrelo sobre la piel.

Figura 1: Localización del examen de la pared abdominal lateral. El sensor sEMG se coloca 3 cm anterior desde el punto medio entre la costilla inferior y la cresta ilíaca, paralelo a las fibras musculares²⁰. El transductor se encuentra 10 cm lateral al ombligo hasta que la pared abdominal lateral es visible en la pantalla. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Preparación del ultrasonido (ver Tabla de materiales)

1. En posición de pie, coloque el transductor a través del cinturón elástico y el bloque de espuma (Figura 2).
2. Agregue gel al transductor y coloque el transductor 10 cm lateral al ombligo. Ajustar hasta que la pared abdominal lateral sea visible en la pantalla²¹ (Figura 3).
3. Asegúrese de que el transductor esté bien asegurado a la pared abdominal lateral.
4. Asegure el cinturón con las correas de velcro. Ajuste la profundidad para obtener una calidad de imagen óptima en modo B (Figura 4).

Figura 2: Transductor colocado a través del cinturón elástico y el bloque de espuma. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Ejemplo de imagen en reposo para verificar la pared abdominal lateral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Transductor asegurado en la pared abdominal lateral por el cinturón elástico y el bloque de espuma. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Plancha lateral estática de ultrasonido

1. En una esterilla de yoga (ver Tabla de materiales), indique al participante que se acueste sobre su lado derecho con el codo en 90 grados de flexión, de modo que su tronco y extremidad superior se levanten del suelo. Los pies del participante deben estar apilados uno sobre el otro con las rodillas completamente extendidas. Las piernas deben estar paralelas tocando la esterilla de yoga.
2. Presione Congelar y luego Almacenar para cada imagen para capturar tres imágenes de ultrasonido estáticas de la pared abdominal lateral.
   NOTA: Las imágenes guardadas se ubicarán debajo de la pantalla de imagen activa.

5. tablón lateral estático sEMG

NOTA: Simultáneamente, el investigador también obtendrá la salida sEMG durante el posicionamiento estático descrito en el paso 4.1.

1. En el menú sEMG en la pantalla superior izquierda de la aplicación de grabación EMG, seleccione Configuración, que es un icono de engranaje .
   1. Una vez en la página de configuración del sensor, seleccione el icono de bíceps . Esto abrirá la página para las mediciones de normalización.
   2. Presione Haga clic en Reproducir para comenzar; Habrá una cuenta atrás de 5 s. Durante este período, indique al paciente que asuma la posición de prueba. La grabación tomará 5 s adicionales.
   3. Registre el archivo "MVC = . XXXXmV", ya que se utilizará para el cálculo de la normalización.
      NOTA: La suite móvil EMG filtra automáticamente los filtros de paso de banda entre 20 -450 Hz. EMG (RMS) 333.3, ancho de ventana de 1125 ms.

6. Tablón lateral

1. A continuación, indique al participante que complete la tabla lateral durante 60 s manteniendo la forma correcta²². Presione la M en la máquina de ultrasonido para activar el modo M .
2. Pulse Trazar, pulse el botón rojo y pulse de nuevo el botón Guardar en la aplicación EMG. Al participante se le dará una cuenta atrás de 3 s. Una vez que comience la cuenta regresiva, presione Almacenar en el ultrasonido para comenzar la grabación del ultrasonido.
   NOTA: El participante mantendrá la forma correcta hasta los 60 s, o cuando el investigador determine que la forma correcta ha sido interrumpida.
3. Para guardar el video grabado en modo M, presione Almacenar una vez que el ejercicio se haya detenido y el botón Detener en la aplicación sEMG.
4. Haga clic en Guardar archivo como y escriba un nombre de archivo para guardar la salida, que aparecerá en la pantalla cuando se detenga la grabación.

7. Ultrasonido estático muerto bug

1. En la esterilla de yoga, indique al participante que se acueste en posición supina con las piernas en posición de gancho.
2. Pulse B para entrar en el modo de brillo. Presione Congelar y luego Almacenar para cada imagen para capturar tres imágenes estáticas de la pared abdominal lateral mediante ultrasonido. Las imágenes guardadas se ubicarán debajo de la pantalla de imagen activa.

8. error muerto estático sEMG

1. En el menú de la aplicación EMG (arriba a la izquierda), seleccione Configuración, que es un icono de engranaje .
2. Una vez en la página de configuración del sensor, seleccione el icono de bíceps . Esto abrirá la página para las mediciones de normalización.
3. Haga clic en Reproducir para comenzar. Durante la cuenta regresiva de 5 s, indique al paciente que asuma la posición de prueba. La grabación tomará 5 s adicionales.
4. Registre el archivo "MVC = . XXXXmV", ya que se utilizará para el cálculo de la normalización.

9. Bicho muerto

1. A continuación, indique al participante que complete el error muerto durante 60 s, manteniendo la forma correcta. Presione la M en la máquina de ultrasonido para activar el modo M .
2. Indique al participante que extienda al máximo su hombro derecho mientras extiende al máximo su cadera y rodilla izquierdas, mientras mantiene la posición inicial de las extremidades contralaterales.
3. Indique al participante que luego flexione el hombro, la cadera y la rodilla para volver a la posición inicial. Las extremidades contralaterales realizarán entonces el mismo movimiento.
4. Pídale al participante que realice el ejercicio a un metrónomo ajustado a 45 latidos por minuto. Esto da como resultado 22 repeticiones del insecto muerto en 60 s.
   NOTA: El participante debe mantener la forma correcta hasta los 60 s, o hasta que el investigador determine que la forma correcta ha sido interrumpida o el ritmo del metrónomo ha sido interrumpido.
5. Presione Plot, presione el botón rojo y luego presione Play. Pulse de nuevo el botón Guardar en la aplicación EMG. Al participante se le dará una cuenta atrás de 3 s. Una vez que comience la cuenta regresiva, presione Almacenar en el ultrasonido para comenzar la grabación del ultrasonido.

10. Medición estática por ultrasonido

1. Haga clic en Entrar cuando se seleccione la primera imagen estática que desee medir.
2. Pulse Medir para abrir la herramienta de medición. Mida el grosor muscular máximo durante las posiciones estáticas en centímetros desde el borde fascial inferior superior hasta el borde fascial superior inferior (Figura 5 [tablón lateral] y Figura 6 [insecto muerto]).
3. Haga clic en Entrar en el borde inferior superior y vuelva a entrar en el borde superior inferior.
4. Repita los pasos 10.1-10.3 para las mediciones estáticas de tablones laterales y errores muertos. Promedia las medidas de las tres imágenes estáticas.

Figura 5: Ejemplo de pared abdominal lateral durante la estática de la plancha lateral, posición inicial del ejercicio y medidas de los músculos. A = oblicuo externo (0,554 cm), B = oblicuo interno (0,761 cm) y C = transverso abdominal (0,326 cm). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Ejemplo de pared abdominal lateral en la estática del insecto muerto, posición inicial del ejercicio y medidas de los músculos. A = oblicuo externo (0,618 cm), B = oblicuo interno (0,820 cm) y C = abdomen transverso (0,438 cm). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

11. Mediciones dinámicas de ultrasonido

1. Mida el grosor máximo del espesor oblicuo externo, oblicuo interno y transverso del abdomen durante los primeros 5 s y los últimos 5 s del ejercicio. Además, registre el grosor máximo en los 60 s completos.
   NOTA: La plancha lateral se realiza comúnmente durante una duración de 5 s. Tomando conjuntos y pautas de repetición de autores anteriores, se eligió una duración más larga de 60 s para la comparación en este protocolo. Los primeros 5 s y los últimos 5 s de la tarea se compararon para evaluar los aspectos de fuerza y resistencia del grupo muscular^23,24.
2. Con el botón Desplazarse , busca los primeros 5 s y los últimos 5 s de cada ejercicio. Además, inspeccione visualmente el mayor grosor de cada músculo a lo largo del ejercicio de los 60 s.
3. Pulse Medir para abrir la herramienta de medición. Mida el grosor muscular máximo durante las posiciones estáticas en centímetros desde el borde fascial inferior superior hasta el borde fascial superior inferior (Figura 7 [tablón lateral] y Figura 8 [insecto muerto]).
4. Divida cada una de las tres mediciones de espesor obtenidas durante los ejercicios por la posición estática promediada para obtener una relación de activación ²⁵.

Figura 7: Ejemplo de pared abdominal lateral durante el ejercicio de plancha lateral y mediciones de músculos en modo M. A = oblicuo externo (0,968 cm), B = oblicuo interno (0,937 cm) y C = abdomen transverso (0,714 cm). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8: Ejemplo de pared abdominal lateral durante el ejercicio de insectos muertos y mediciones de músculos en modo M. A = oblicuo externo (0,840 cm), B = oblicuo interno (0,840 cm) y C = abdomen transverso (0,720 cm). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

12. Medición sEMG

1. Presione el icono Inicio en la página de grabación de datos EMG. Seleccione el icono de carpeta en la esquina superior derecha de la pantalla. La salida guardada de las pruebas estáticas y de ejercicio se guardará aquí. Convierta cada archivo en un archivo .xlsx . Exporte el archivo .xlsx .
2. En una hoja de cálculo, obtenga los valores máximos durante los primeros y últimos 5 s, y el valor máximo general.
3. Divida la salida estática de sEMG obtenida en los pasos 5 (tablón lateral estático sEMG) y 8 (sEMG de error muerto) por la salida durante los ejercicios, respectivamente.

Resultados

Las mediciones tanto de ultrasonido como de sEMG durante la posición estática de inicio del ejercicio se representan en la Tabla 2. Estos números se utilizarán como denominador al calcular el índice de activación. Los valores de espesor del oblicuo externo, oblicuo interno y transverso del abdomen durante los primeros 5 s, los últimos 5 s y la duración total (60 s) se encuentran en la Tabla 3. Estos números se dividen por los números de la Tabla 2. Los valores ...

Discusión

El ultrasonido en modo M proporciona el inicio del movimiento del tejido muscular y el cambio de grosor muscular durante la observación en tiempo real de la anatomía durante un tiempo seleccionado²¹. El ultrasonido en modo M combinado con sEMG proporciona una comprensión general de la función muscular, incluida la representación eléctrica y la observación visual. Estos instrumentos se pueden utilizar en conjunto durante el ejercicio para proporcionar a los investigadores una comprensión gl...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcohol prep pads	Henry Schein	HS1007
Amazon Basics 1/2- Inch Extra Thick Exercise Yoga Mat	Amazon	YM2001BK
Delsys Trigno Sensor Adhesive Interface, 4-Slot	Delsys	SC:F03
Delsys Trigno Wireless System	Delsys	T03-A16014
Galaxy Tablet S5e	Samsung	SM-TS20N
GE NextGen Logig e Ultrasound Unit	GE Healthcare	HR48382AR
Linear Array Probe	GE Healthcare	H48062AB
Trigno Avanti sensors	Delsys	T03-A16014