Determinazione della soglia elettromiografico Fatica A seguito di un esame esercizio sola visita

Riepilogo

This protocol describes the electromyographic fatigue threshold which demarcates between nonfatiguing and fatiguing exercise workloads. This information could be used to develop a more individualized training program.

Abstract

Teoricamente, il elettromiografica (EMG) Soglia fatica è l'intensità di esercizio un individuo può mantenere indefinitamente senza la necessità di assumere più unità a motore che è associato ad un aumento dell'ampiezza EMG. Sebbene siano stati utilizzati diversi protocolli per stimare la soglia di fatica EMG richiedono visite multiple che sono poco pratico per un ambiente clinico. Qui, vi presentiamo un protocollo per la stima della soglia di fatica EMG per cicloergometro che richiede una sola visita. Questo protocollo è semplice, conveniente, e completato entro 15-20 minuti, quindi, ha il potenziale per essere tradotto in uno strumento che i medici possono utilizzare per la prescrizione degli esercizi.

Introduzione

Elettromiografia di superficie (EMG) è un approccio non invasivo di studiare unità assunzioni motore durante isometrico ^{1-3, 4-6} isocinetico, o continua azione ^7-10 muscolare. L'ampiezza del segnale EMG rappresenta attivazione muscolare che consiste nel numero di unità motorie attivate, la frequenza di scarica delle unità motorie, o entrambi ^11. Il concetto di soglia di fatica EMG viene utilizzato per indicare il massimo carico di lavoro in cui un individuo può esercitare indefinitamente senza un aumento in ampiezza EMG ^8.

È importante brevemente discussione l'origine della soglia di fatica EMG. Lo studio originale di deVries et al. ¹² ha coinvolto un protocollo che consisteva di più (di solito 3-4) periodi di lavoro discontinui, in cui l'ampiezza EMG è stata tracciata in funzione del tempo per ogni incontro di lavoro. La potenza in uscita è stata poi tracciata contro i coefficienti di pendenza della ampiezza EMG in funzione del tempo rela tionship, e poi estrapolato a zero pendenza (l'intercetta) ^12. Gli autori ¹² originariamente definito tale protocollo la capacità di lavoro fisico alla soglia di fatica (PWCFT). In un altro studio, deVries et al. ¹³ utilizzato periodi di lavoro discontinui, ma usato la regressione lineare per trovare la prima potenza che ha portato in un pendio significativo per l'ampiezza EMG rispetto al rapporto tempo. Gli autori hanno ¹³ anche definiti che il protocollo PWCFT, creando una certa confusione nella letteratura. In un articolo successivo, deVries et al. ¹⁴ modificato loro precedente protocollo ¹³ e ha sviluppato un protocollo incrementale continuo. L'ampiezza EMG stata rilevata in tempo per ciascuna uscita di potenza e la PWCFT è stato definito come la media della potenza massima che ha comportato una variazione in ampiezza EMG nel tempo e la potenza minima che ha provocato un aumento della ampiezza EMG nel tempo ¹⁴ .

ent "> Si precisa che il termine PWC è stata originariamente introdotta alla fine del 1950 e ^15,16 è sinonimo di una pletora di letteratura (passato, presente, e in diversi paesi) esaminando la capacità aerobica ad un determinato carico di lavoro ^17. Inoltre, il termine è usato in letteratura ergonomica e industriale che concentrarsi su giorno per giorno la produttività di operatori che eseguono azioni ripetitive durante i giorni del lavoro otto ore come le persone in uno stabilimento di assemblaggio ^18.

La soglia di fatica EMG termine è stato inizialmente utilizzato da Matsumoto e colleghi ¹⁹ dopo aver modificato il protocollo deVries ¹² dove la potenza di uscita rispetto a coefficienti di inclinazione di ampiezza EMG rispetto al rapporto tempo vengono tracciati e estrapolati al punto zero pendio. Più recentemente, Guffey et al. ²⁰ e Briscoe et al. ⁸ usato il metodo di deVries et al. ¹⁴ e la terminologia di Matsumoto et unl. ¹⁹ per definire operativamente la soglia di fatica EMG. Andando avanti, si consiglia di utilizzare il termine soglia di EMG di fatica. Così, l'ampiezza EMG contro relazione tempo è tracciata per ogni uscita di potenza e quindi analizzati utilizzando analisi di regressione lineare (Figura 1). Per stimare la soglia di fatica EMG, la più alta potenza con una non significativa (p> 0.05) pendenza e la potenza più basso con un significativo (p <0,05) pendenza viene identificato e quindi la media è calcolata ^14. Questo protocollo è semplice, conveniente, e completato entro 15-20 minuti. Inoltre, il tasso incrementale può essere modulato in base al livello individuale di attività fisica abituale, e quindi ha potenziali applicazioni in ambito clinico.

Protocollo

Tutte le procedure sono state approvate dalla Università Institutional Review Board per soggetti umani.

1. Preparazione del D.Lgs del Partecipante

1. Hanno il partecipante ordinatamente rimboccarsi le corti per la gamba desiderata. Poi nastro le corti in modo che il quadricipite femorale gruppo muscolare è esposto e tracciare una linea intorno alla zona del partecipante ha bisogno di radersi.
2. IMPORTANTE: Avere il partecipante radersi la gamba prima della prova, piuttosto che il giorno precedente come questo assicura che non ci sono stoppie che possono interferire con il segnale EMG.
3. Una volta che il partecipante ha finito la rasatura della zona desiderata della gamba, pulire la zona rasata con alcool per garantire non ci sono i resti del gel da barba (o crema), che possono interferire con il segnale EMG.

2. Misura di piedino a degli elettrodi

1. Per posizionare l'elettrodo EMG sul muscolo vasto laterale, fare il foMisure llowing
   1. Hanno il partecipante stare dritto di fronte al ricercatore.
   2. Individuare la spina iliaca anteriore superiore (ASIS) e la parte laterale della rotula. Il ASIS è l'osso dell'anca; palpazione, posizionando il mano su entrambi i lati del ventre sotto l'ombelico.
   3. Con una misura di nastro, misurare la distanza tra le due posizioni sopra identificati e prendere 2/3 di tale valore sulla linea dalla ASIS al lato laterale della rotula. Nota: Per ulteriori informazioni riguardanti il ​​posizionamento degli elettrodi EMG può essere trovato sul SENIAM (elettromiografia di superficie per la valutazione non invasiva di muscoli) URL: http://www.seniam.org/

3. posizionamento degli elettrodi EMG

1. Dopo aver individuato dove si vasto laterale, prendere gli elettrodi EMG (la maggior parte dei ricercatori usano in commercio e getta elettrodi Ag-Ag Cl) e posto sul vasto laterale senza rimuovere l'adesivo shield. Poi, con una penna contrassegnare la zona in cui la parte del gel dell'elettrodo fa contatto con il muscolo. Assicuratevi che la distanza interelettrodica è di 20 mm da centro a centro.
2. Usare un pezzo di carta vetrata (60 grossolana) di abradere delicatamente queste due aree per rimuovere lo strato superficiale della pelle. Durante questo periodo, chiedere al partecipante loro livello di disagio. Smettere di abrasione quando il partecipante indica la zona è caldo.
3. Pulire le zone abrase con un asciugamano che è inumidito con alcool o un tampone imbevuto di alcool. Lasciare che l'area sulla gamba si asciughi prima di posizionare gli elettrodi EMG.
4. Posizionare gli elettrodi EMG sui siti che sono stati abrasa (Figura 2). Fate attenzione a non posizionare gli elettrodi sulla banda ileotibiale (banda IT). Chiedere al partecipante di contrarre i muscoli quadricipite femorale, al fine di palpare vasto laterale. Posizionare gli elettrodi sul muscolo per assicurarsi che non è sulla banda IT. Nota: Se gli elettrodi sulla banda IT, il segnale wou EMGld essere inumidito quando il partecipante viene chiesto ad un massimo di contratto.
5. Inserire l'elettrodo di riferimento (3 Elettrodo ^rd) su un sito di attacco ossea come il ASIS quindi non interferire con il movimento degli arti inferiori durante il periodo di esercizio.

4. Controllo del segnale EMG

1. Prima di iniziare il test da sforzo, controlla l'impedenza interelettrodica.
   Nota: Questo passaggio è fondamentale, perché se il segnale è troppo rumore, allora i dati EMG raccolti durante il test da sforzo non saranno validi.
   1. Hanno il partecipante sedersi su una sedia e collegare il EMG conduce ai rispettivi elettrodi applicati alla gamba del partecipante.
   2. A questo punto, il partecipante ha rilassare la gamba, con nessuna tensione nel muscolo. Poi, dopo circa 30 secondi di relax, hanno il partecipante al massimo contrarre i loro muscoli quadricipiti femorale per 5 secondi e poi tornare ad essere completamente rilassati.
   3. Quando si esegue l'operazione unBove (fase 4.1.2), registrare il segnale di partecipanti EMG sul computer.
   4. Assicurarsi che l'impedenza fra gli elettrodi è <2.000 ohm. Inoltre, se un voltmetro è disponibile in laboratorio, quindi controllare il rumore di fondo e tenere sotto 5 mV. Inoltre, impostare la frequenza di campionamento di 1.000 Hz.

5. Costituzione del cicloergometro

1. Dopo aver controllato l'impedenza gli elettrodi, avere il passaggio partecipante dalla sedia al cicloergometro.
2. Avere il partecipante stare accanto al cicloergometro e sollevare il ginocchio fino a quando la coscia è parallelo al suolo. Poi hanno il partecipante mantenere questa posizione e regolare l'altezza del sedile in modo che corrisponda alla stessa altezza coscia del partecipante.
3. Successivamente, hanno il partecipante sedersi sul sedile cicloergometro e poi pedalare un paio di volte chiedendo loro se sono confortevoli, con l'altezza del sedile. Se necessario, regolare l'altezza del sedile.
4. Garantire that gambe dei partecipanti sono vicino estensione completa con una leggera curva (~ 5 °) alle ginocchia durante ogni giro del pedale.
5. Prima di iniziare la prova, hanno il partecipante indossare un cardiofrequenzimetro Polar in modo che la frequenza cardiaca può essere documentato in tutto il test da sforzo.

6. Esecuzione della soglia protocollo EMG Fatica

1. Avere il partecipante inizia ciclismo e aumentare gradualmente la loro cadenza a 70 giri / min. Quindi aumentare la potenza sul cicloergometro a 50 W.
2. Hanno il ciclo di partecipante a questa potenza per circa 2-3 minuti.
   Nota: Questo è un esercizio a bassa intensità e servirà come il warm-up.
3. Dopo il periodo di riscaldamento, aumentare la potenza da 25 W ogni 2 min fino a che il partecipante non è più in grado di mantenere il 70 giri / min cadenza o richiede che il test viene interrotto.
   Nota: Si deve notare che durante la prova di esercizio, il segnale EMG viene registrato per 10sec epoche durante ogni fase 2 min per 10-20 secondi, 30-40, 50-60, 70-80, 90-100 e 110-120 ^21. Maggior parte dei sistemi EMG avranno la possibilità di impostare la registrazione automatica all'intervallo desiderato. Così, per ogni fase ci dovrebbero essere 6 file di dati.
4. Una volta che il test incrementale ha concluso, hanno il partecipante effettuare un raffreddamento a 50 W. Verificare che la lunghezza del raffreddamento corrisponde con avere frequenza cardiaca ritorno del partecipante al valore durante la fase di riscaldamento. Monitorare questo controllando la frequenza cardiaca del partecipante utilizzando il cardiofrequenzimetro polar.
5. Una volta che il raffreddamento è completato, rimuovere l'EMG porta e hanno il partecipante scendere il cicloergometro e tornare alla sedia. Quindi rimuovere con attenzione gli elettrodi EMG e pulire le zone con un panno pulito inumidito con alcool o un tampone imbevuto di alcool.

7. Elaborazione del segnale EMG

1. Dopo il test, proCESS i file di dati EMG grezzi che sono stati raccolti durante la prova esercizio in modo che i dati possano essere utilizzati per determinare la soglia di fatica EMG.
   1. Eseguire l'elaborazione del segnale EMG sia con il software utilizzato per raccogliere il segnale EMG o software scritto personalizzato utilizzando diverse piattaforme come MATLAB o LabVIEW.
   2. Filtra i segnali EMG raccolti usando un filtro passa-banda. Utilizzare un'impostazione di 10 a 500 Hz. Nota: Ciò altera la frequenza del segnale in modo che artefatti bassa frequenza dovuti a movimenti dei cavi EMG (<10 Hz), e manufatti alta frequenza dall'ambiente (> 500 Hz), vengono rimossi. Utilizzare un filtro notch di 60 Hz se c'è qualche interferenza dalla alimentazione del computer o sistema EMG.
   3. Una volta che il segnale è stato filtrato, determinare l'ampiezza del segnale calcolando il valore quadratico medio del segnale: Piazza ciascuno dei punti di dati, li somma, dividere per il numero di punti di dati, poi prendere la radice quadrata del valore risultante. Eseguire questi calcoli con il software di cui sopra.

8. Determinazione della soglia EMG di fatica per ogni partecipante

1. Effettuare le seguenti operazioni per ogni partecipante.
   1. Dopo il segnale EMG è stato elaborato; utilizzare un programma statistico (es: GraphPad Prism) ed etichettare la prima colonna "Time" e le colonne successive con le uscite di potenza utilizzati per la prova.
   2. Per ogni uscita di potenza, fill-in corrispondente valore di ampiezza EMG per ogni intervallo di 20 sec.
   3. Per ogni uscita di potenza, analizzare il tempo (asse x) vs ampiezza EMG (asse y) rapporto con la regressione lineare per determinare se la pendenza della retta di regressione è significativamente (p <0,05) diversa da zero.
   4. Dopo aver eseguito l'analisi di regressione lineare per tutte le uscite di potenza, identificare la potenza più elevata con una non significativa (p> 0.05) pendio.
   5. Quindi identificare il lowest potenza con una significativa (p <0.05) pendio.
   6. Una volta individuati questi due uscite di potenza, aggiungerli e dividere per 2; la potenza risultante è la stima del limite di fatica EMG.

Risultati

Come mostrato in figura 1, per un singolo partecipante, ogni uscita di potenza che si completa ha sei punti di dati che rappresentano l'ampiezza EMG del muscolo vasto laterale. Pertanto, in questo esempio, la più alta potenza con una non significativa (p> 0.05) pendenza è 200 watt, mentre la potenza più basso con un significativo (p <0,05) pendenza è 225 W. Di conseguenza, per questo partecipante l'EMG soglia fatica è 213 W. Una volta la soglia di fatica EMG è deter...

Discussione

Noi qui presentiamo un metodo per determinare la fatica neuromuscolare del quadricipite femorale per l'esercizio dinamico. Questo metodo fornisce un approccio semplice e non invasivo per utilizzare EMG di superficie. Inoltre, la versatilità di questo metodo è che i ricercatori possono adattarlo ad altre modalità di esercizio, come il tapis roulant ^20.

Teoricamente, per intensità pari o inferiore al limite di fatica EMG il partecipante dovrebbe essere in grado di sostenere ...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
839 E Monark cycle ergometer	Monark Exercise AB	839 E
Heart rate monitor	Polar	Polar H1
Laptop	Dell Inspiron	varies	any laptop computer with USB slots should work.
EMG amplifiers	BioPac Systems, Inc.	100B	100C are the latest version
Disposable EMG electrodes	BioPac Systems, Inc.	EL-500
Sandpaper	Home Depot	9 inch x 11 inch 60 Grit course no-slip grip Advanced Sandpaper (3-Pack)