Funzione muscolare ottenuta con ultrasuoni in modalità movimento ed elettromiografia di superficie durante l'esercizio di resistenza al core

Riepilogo

Questo protocollo utilizza contemporaneamente gli ultrasuoni in modalità movimento e l'elettromiografia di superficie per misurare la funzione muscolare del core. Lo spessore muscolare e l'attivazione degli stabilizzatori locali (ad esempio, addome trasversale, obliquo interno) e dei motori globali (ad esempio, obliquo esterno) è ottenibile durante specifici punti temporali della plancia laterale e degli esercizi di insetti morti.

Abstract

L'ecografia in modalità movimento (modalità M) consente a ricercatori e medici di misurare il cambiamento dello spessore muscolare nel tempo. Lo spessore muscolare può essere misurato tra i bordi fasciali in un dato momento durante un esercizio. Questo punto temporale selezionato produce un'immagine unidimensionale che consente l'osservazione in tempo reale e dal vivo dell'anatomia. Gli ultrasuoni utilizzati durante il movimento funzionale possono essere indicati come ultrasuoni dinamici; Ciò è fattibile e affidabile con l'uso di un trasduttore lineare, una cinghia elastica e un blocco di schiuma per garantire un posizionamento coerente del trasduttore. La parete addominale laterale è comunemente studiata utilizzando gli ultrasuoni a causa della natura sovrapposta dei muscoli. L'elettromiografia di superficie (sEMG) può integrare l'imaging ecografico M-mode perché misura la rappresentazione elettrica dell'attivazione muscolare. Ci sono prove minime che utilizzano contemporaneamente gli ultrasuoni M-mode e sEMG durante l'esercizio di base. Gli esercizi che sfidano la muscolatura del core coinvolgono sia le prese isometriche (ad esempio, la plancia laterale), sia i movimenti oscillatori degli arti (ad esempio, bug morto). In questo studio, entrambi gli strumenti saranno utilizzati contemporaneamente per misurare la funzione muscolare del core durante l'esercizio. Le misurazioni ad ultrasuoni saranno ottenute utilizzando un trasduttore lineare e un'unità ad ultrasuoni e le misurazioni sEMG saranno acquisite da un sistema sEMG wireless. Per effettuare confronti tra i partecipanti e gli esercizi, verranno utilizzati metodi di normalizzazione utilizzando posizioni di partenza statiche per entrambi gli strumenti. Un rapporto di attivazione verrà utilizzato per gli ultrasuoni e calcolato dividendo lo spessore contratto (spessore durante un punto temporale dell'esercizio) per lo spessore a riposo (posizione di partenza). Lo spessore muscolare sarà misurato in centimetri dal bordo fasciale inferiore superiore al bordo fasciale superiore inferiore. Questi metodi mirano a offrire una misurazione innovativa e pratica della funzione muscolare con ultrasuoni M-mode e sEMG durante gli esercizi di resistenza del core.

Introduzione

La parete addominale laterale è costituita dall'addome trasverso, dall'obliquo interno e dall'obliquo esterno¹. La parete addominale laterale si contrae concentricamente, eccentricamente e isometricamente per resistere alle forze poste sul corpo¹. La co-contrazione di questo gruppo muscolare fornisce la stabilizzazione del centro del corpo umano ^2,3. Questi muscoli sono importanti durante la prevenzione e la riabilitazione delle lesioni degli arti inferiori perché la scarsa funzionalità del tronco è associata ad un aumento dell'adduzione dell'anca e del ginocchio valgo, che sono fattori di rischio per le lesioni degli arti inferiori ^4,5. Concentrarsi sul rafforzamento e sull'aumento della resistenza muscolare della muscolatura centrale non solo diminuisce i fattori di rischio per gli arti inferiori, ma può anche ridurre la lombalgia⁶. Recentemente, è stato raccomandato che le persone che soffrono di lombalgia acuta e cronica dovrebbero includere il rafforzamento del tronco, la resistenza e l'attivazione muscolare specifica del tronco nella loro riabilitazione⁶. Un esempio di attivazione muscolare specifica del tronco è il targeting dei muscoli del tronco isolati o raggruppati utilizzando la co-contrazione per ripristinare il controllo o aumentare la coordinazione della regione lombopelvica-anca⁶.

Due modi per misurare oggettivamente la funzione muscolare sono l'uso della modalità di movimento (modalità M) ecografia ed elettromiografia di superficie (sEMG). L'ecografia M-mode fornisce una visualizzazione in tempo reale del movimento muscolare e della fascia durante un tempo registrato che può visualizzare l'inizio e l'estensione del movimento⁷. La distanza tra il bordo fasciale inferiore superiore e il bordo fasciale inferiore superiore viene misurata in un momento selezionato per ottenere lo spessore muscolare. Lo spessore muscolare durante un punto temporale specifico di un esercizio può essere diviso per lo spessore a riposo per ottenere un rapporto di attivazione⁸. sEMG fornisce informazioni sull'attivazione muscolare e sull'affaticamento, poiché l'output può essere paragonato alla contrazione massima del muscolo⁹. Questi due strumenti e metodi sono stati utilizzati in precedenza per misurare l'insorgenza dell'attivazione muscolare dell'anca durante una varietà di esercizi in individui sani e feriti¹⁰. Gli esercizi che prendono di mira il tronco, e in particolare la parete addominale laterale, sono la plancia laterale e l'insetto morto^11,12,13. La plancia laterale viene eseguita in posizione sdraiata laterale con il gomito direttamente sotto la spalla e l'avambraccio a terra, i fianchi vengono sollevati da terra fino a quando la colonna vertebrale è in posizione neutra. Le ginocchia sono estese e i piedi sono posizionati uno sopra l'altro⁹ (Figura supplementare 1). L'insetto morto viene eseguito in posizione supina con entrambe le braccia dritte sopra e i fianchi e le ginocchia flessi in un angolo di 90 °. L'esercizio inizia quando un braccio è flesso sopra la testa e la gamba controlaterale si estende. Il braccio e la gamba opposti rimangono in posizione neutra e poi si flettono e si estendono una volta che il braccio e la gamba mobili originali ritornano nella posizione neutra¹³ (Figura supplementare 2 e Figura supplementare 3).

L'attivazione dell'obliquo esterno è stata osservata variare dal 37% al 62% della massima contrazione isometrica volontaria (MVIC) durante la plancia laterale^11,12,14. Durante il bug morto, l'attivazione dell'obliquo esterno è stata registrata tra il 20% e il 30% di MVIC per sole cinque ripetizioni dell'esercizio¹⁵. L'addome interno obliquo e trasverso, i muscoli addominali più profondi della parete addominale laterale, attivano tra il 22% e il 28% di MVIC durante il side plank^12,14. A causa della natura sovrapposta dell'addome interno obliquo e trasversale, i due muscoli sono stati combinati durante la raccolta sEMG¹⁴. Una limitazione di sEMG è la diafonia dai muscoli adiacenti, dove il sensore sEMG può produrre un output di un muscolo diverso, con conseguente falsa comprensione dell'attivazione¹⁶. Le misurazioni dello spessore muscolare ottenute con gli ultrasuoni possono essere utilizzate per mitigare questa limitazione, e questa misurazione è fattibile durante gli esercizi del tronco, come le prese isometriche precedentemente menzionate¹⁷.

Lo spessore muscolare della parete addominale laterale è stato registrato durante la plancia laterale come una grandezza assoluta di differenza tra spessore contratto e spessore a riposo. Al punto temporale di 30 s di una tavola laterale, lo spessore muscolare dell'obliquo interno e dell'obliquo esterno è aumentato rispettivamente di 0,526 mm e 0,205 mm,¹⁷. Queste misurazioni sono state registrate in modalità ultrasuoni in modalità luminosità in un punto temporale durante la plancia laterale. L'ecografia B-mode viene comunemente eseguita per valutare le immagini prima e dopo; Tuttavia, questo metodo consente di misurare solo in due punti temporali¹⁸. L'ecografia M-mode offre maggiori vantaggi rispetto agli ultrasuoni B-mode, in quanto può rilevare l'insorgenza dell'attivazione muscolare e lo spessore muscolare durante l'intero esercizio con qualsiasi punto temporale in grado di essere selezionato per la misurazione¹⁸. Pertanto, l'obiettivo generale dell'attuale protocollo è quello di fornire una misurazione innovativa e pratica della funzione muscolare con ultrasuoni M-mode e sEMG durante gli esercizi di core endurance. Questo è vantaggioso per ricercatori e medici per capire come funzionano i muscoli per tutta la durata di un esercizio, in particolare di natura di resistenza, al contrario di una misurazione isolata a un singolo punto temporale.

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Protocollo

Tutti i partecipanti umani hanno fornito il consenso informato. Il protocollo faceva parte di uno studio approvato dall'Institutional Review Board della University of Central Florida. I criteri di inclusione includevano età compresa tra 18 e 45 anni e attività fisica secondo le linee guida ACSM (30 minuti di attività da moderata a vigorosa 5 giorni alla settimana)¹⁹. I criteri di esclusione includevano lombalgia nell'ultimo anno, dolore o lesione attuale all'anca, agli arti superiori o inferiori, una storia annuale di chirurgia lombare o chirurgia degli arti inferiori, disturbo dell'equilibrio auto-riferito, anomalie muscolari, attualmente incinta o con una ferita aperta nella zona addominale (Tabella 1).

1. Preparazione dello strumento di raccolta dati

1. Controllare l'integrità della macchina ad ultrasuoni e della macchina sEMG (vedere Tabella dei materiali).
   1. Accendere la macchina ad ultrasuoni, premere Paziente e aggiungere un nuovo paziente. Fare clic su Nuovo paziente e immettere il numero di identificazione del paziente . Selezionare il tipo di esame MSK > Preset addominale e premere Registrati. Premere Esci.
   2. Accendere il tablet (vedere Tabella dei materiali) e fare clic sull'applicazione di registrazione EMG. Fare clic sul pulsante Menu nella schermata in alto a sinistra ed eseguire la scansione dei sensori. Estrarre il sensore dalla base e passare il mouse sopra il pulsante di attivazione. Una volta collegato il sensore all'applicazione, creare una nuova cartella con il numero di identificazione del partecipante.
      NOTA: Impostazioni ecografiche in Preset addominale, Modalità B: colore B = Mappa tinta D, Altezza zoom scrittura = 4, Larghezza zoom scrittura = 4, Indice termico = Tls, Livello ATO = Basso, Numero messa a fuoco = 2, Numero messa a fuoco CrossXBeam = 2, Profondità fuoco = 50, Profondità (cm) = 3, Compressione = 1, Larghezza messa a fuoco = 1, Larghezza fuoco CrossXBeam = 1, Densità linea = 3, Densità linea CrossXBeam = 3, Soppressione = 0, Media fotogrammi = 4, dalla media CrossXBeam = 2, CrossXBeam = 2, CrossXBeam # = bassa, tipo CrossXBeam = media, miglioramento del bordo = 3, sterzo B = 0, mappa in scala di grigi = mappa grigia C, guadagno = 34, gamma dinamica = 69, rifiuto = 0, frequenza (MHz) = 12. Impostazioni ecografiche in Preset addominale, modalità M: velocità di scansione = 0, colore M = Mappa tinta C, Formato di visualizzazione Dop = Vert 1/2 B, Rifiuto = 0, Compressione = 1, Mappa scala di grigi = Mappa grigia D, Guadagno M (delta da B) = 0.

2. Preparazione dell'elettromiografia di superficie (vedi Tabella dei materiali)

1. Determinare la posizione obliqua esterna del sensore palpando la cresta iliaca destra e la costola inferiore destra mentre il partecipante è sdraiato a gancio supino (Figura 1). Posizionare il sensore 3 cm anteriormente al punto intermedio tra la costola inferiore e la cresta iliaca, parallelamente alle fibre muscolari²⁰.
2. Radere, pulire e sbrigliare l'area della pelle in cui verrà posizionato il sensore (vedere Tabella dei materiali). Aggiungere adesivo (vedere Tabella dei materiali) al sensore e fissare sulla pelle.

Figura 1: Posizione dell'esame della parete addominale laterale. Il sensore sEMG è posizionato 3 cm anteriormente al punto intermedio tra la costola inferiore e la cresta iliaca, parallelo alle fibre muscolari²⁰. Il trasduttore si trova 10 cm lateralmente all'ombelico fino a quando la parete addominale laterale è visibile sullo schermo. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

3. Preparazione ad ultrasuoni (vedi Tabella dei materiali)

1. In posizione eretta, posizionare il trasduttore attraverso la cinghia elastica e il blocco di schiuma (Figura 2).
2. Aggiungere gel al trasduttore e posizionare il trasduttore 10 cm lateralmente all'ombelico. Regolare fino a quando la parete addominale laterale è visibile sullo schermo²¹ (Figura 3).
3. Assicurarsi che il trasduttore sia saldamente fissato alla parete addominale laterale.
4. Fissare la cintura con le cinghie in velcro. Regolare la profondità per ottenere una qualità dell'immagine ottimale in B-Mode (Figura 4).

Figura 2: Trasduttore posizionato attraverso la cinghia elastica e il blocco di schiuma. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: Esempio di immagine a riposo per verificare la parete addominale laterale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Trasduttore fissato sulla parete addominale laterale dalla cintura elastica e dal blocco di schiuma. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

4. Plancia laterale statica ad ultrasuoni

1. Su un tappetino da yoga (vedi Tabella dei materiali), istruire il partecipante a sdraiarsi sul lato destro con il gomito a 90 gradi di flessione, in modo che il tronco e l'estremità superiore siano sollevati da terra. I piedi del partecipante devono essere impilati l'uno sull'altro con le ginocchia completamente distese. Le gambe dovrebbero essere parallele toccando il tappetino yoga.
2. Premere Freeze quindi Store per ogni immagine per acquisire tre immagini ecografiche statiche della parete addominale laterale.
   NOTA: le immagini salvate si trovano sotto la schermata dell'immagine attiva.

5. Tavola laterale statica sEMG

NOTA: Contemporaneamente, il ricercatore otterrà anche l'output sEMG durante il posizionamento statico descritto al punto 4.1.

1. Nel menu sEMG nella schermata in alto a sinistra dell'applicazione di registrazione EMG, selezionare Impostazioni, che è un'icona a forma di ingranaggio .
   1. Una volta nella pagina delle impostazioni del sensore, selezionare l'icona del bicipite . Si aprirà la pagina per le misurazioni di normalizzazione.
   2. Premere Fare clic su Riproduci per iniziare; Ci sarà un conto alla rovescia di 5 s. Durante questo periodo, istruire il paziente ad assumere la posizione di test. La registrazione richiederà altri 5 secondi.
   3. Registrare il file "MVC = . XXXXmV", in quanto verrà utilizzato per il calcolo della normalizzazione.
      NOTA: la suite mobile EMG passa automaticamente i filtri passa banda tra 20 e 450 Hz. EMG (RMS) 333,3, larghezza finestra 1125 ms.

6. Plancia laterale

1. Successivamente, istruire il partecipante a completare la tavola laterale per 60 s mantenendo il modulo corretto²². Premere la M sulla macchina ad ultrasuoni per attivare la modalità M .
2. Premere Plot, premere il pulsante rosso e premere nuovamente il pulsante Salva nell'applicazione EMG. Al partecipante verrà dato un conto alla rovescia di 3 secondi. Una volta iniziato il conto alla rovescia, premere Store sull'ecografia per iniziare la registrazione degli ultrasuoni.
   NOTA: Il partecipante manterrà la forma corretta fino a 60 s, o quando il ricercatore determina che la forma corretta è stata interrotta.
3. Per salvare il video registrato in modalità M, premere Store una volta terminato l'esercizio e il pulsante Stop sull'applicazione sEMG.
4. Fare clic su Salva file con nome e digitare un nome file per salvare l'output, che apparirà sullo schermo quando la registrazione viene interrotta.

7. Bug morto statico ad ultrasuoni

1. Sul tappetino yoga, istruire il partecipante a sdraiarsi supino con le gambe in posizione di gancio.
2. Premere B per accedere alla modalità luminosità. Premere Freeze e quindi Store per ogni immagine per acquisire tre immagini statiche della parete addominale laterale tramite ultrasuoni. Le immagini salvate si trovano sotto la schermata dell'immagine attiva.

8. Bug morto statico sEMG

1. Nel menu dell'applicazione EMG (in alto a sinistra), seleziona Impostazioni, che è un'icona a forma di ingranaggio .
2. Una volta nella pagina delle impostazioni del sensore, selezionare l'icona del bicipite . Si aprirà la pagina per le misurazioni di normalizzazione.
3. Premere Fare clic su Riproduci per iniziare. Durante il conto alla rovescia di 5 s, istruire il paziente ad assumere la posizione di test. La registrazione richiederà altri 5 secondi.
4. Registrare il file "MVC = . XXXXmV", in quanto verrà utilizzato per il calcolo della normalizzazione.

9. Bug morto

1. Quindi, istruire il partecipante a completare il bug morto per 60 secondi, mantenendo la forma corretta. Premere la M sulla macchina ad ultrasuoni per attivare la modalità M .
2. Istruire il partecipante ad estendere al massimo la spalla destra estendendo al massimo l'anca e il ginocchio sinistro, mantenendo anche la posizione di partenza delle estremità controlaterali.
3. Istruire il partecipante a flettere la spalla, l'anca e il ginocchio per tornare alla posizione di partenza. Le estremità controlaterali eseguiranno quindi lo stesso movimento.
4. Chiedi al partecipante di eseguire l'esercizio su un metronomo impostato su 45 battiti al minuto. Ciò si traduce in 22 ripetizioni del bug morto in 60 s.
   NOTA: Il partecipante deve mantenere la forma corretta fino a 60 s, o fino a quando il ricercatore determina che la forma corretta è stata interrotta o il ritmo del metronomo è stato interrotto.
5. Premere Plot, premere il pulsante rosso e quindi premere Play. Premere nuovamente il pulsante Salva nell'applicazione EMG. Al partecipante verrà dato un conto alla rovescia di 3 secondi. Una volta iniziato il conto alla rovescia, premere Store sull'ecografia per iniziare la registrazione degli ultrasuoni.

10. Misurazione statica ad ultrasuoni

1. Fare clic su Invio quando viene selezionata la prima immagine statica che si desidera misurare.
2. Premere Misura per aprire lo strumento di misurazione. Misurare lo spessore muscolare massimo durante le posizioni statiche in centimetri dal bordo fasciale inferiore superiore al bordo fasciale inferiore superiore (Figura 5 [tavola laterale] e Figura 6 [bug morto]).
3. Fare clic su Invio nel bordo inferiore superiore e nuovamente su Invio nel bordo inferiore superiore.
4. Ripetere i passaggi 10.1-10.3 per le misurazioni statiche della tavola laterale e dei bug morti. Calcola la media delle misure delle tre immagini statiche.

Figura 5: Esempio di parete addominale laterale durante la plancia laterale statica, posizione di partenza dell'esercizio e misurazioni dei muscoli. A = obliquo esterno (0,554 cm), B = obliquo interno (0,761 cm) e C = addome trasversale (0,326 cm). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 6: Esempio di parete addominale laterale nella statica dell'insetto morto, posizione di partenza dell'esercizio e misurazioni dei muscoli. A = obliquo esterno (0,618 cm), B = obliquo interno (0,820 cm) e C = addome trasversale (0,438 cm). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

11. Misurazioni dinamiche ad ultrasuoni

1. Misurare lo spessore massimo dello spessore obliquo esterno, obliquo interno e trasverso dell'addome durante i primi 5 e gli ultimi 5 secondi dell'esercizio. Inoltre, registrare lo spessore massimo su tutti i 60 s.
   NOTA: La tavola laterale viene comunemente eseguita per durate di 5 s. Prendendo set e linee guida di ripetizione da autori precedenti, una durata più lunga di 60 s è stata scelta per il confronto in questo protocollo. I primi 5 s e gli ultimi 5 s del compito sono stati confrontati per valutare sia gli aspetti di forza che di resistenza del gruppo muscolare^23,24.
2. Utilizzando il pulsante Scorrimento , trova i primi 5 secondi e gli ultimi 5 secondi di ogni esercizio. Inoltre, ispezionare visivamente il massimo spessore di ciascun muscolo durante l'esercizio di 60 s.
3. Premere Misura per aprire lo strumento di misurazione. Misurare lo spessore muscolare massimo durante le posizioni statiche in centimetri dal bordo fasciale inferiore superiore al bordo fasciale inferiore superiore (Figura 7 [tavola laterale] e Figura 8 [bug morto]).
4. Dividere ciascuna delle tre misure di spessore ottenute durante gli esercizi per la posizione statica media per ottenere un rapporto di attivazione ²⁵.

Figura 7: Esempio di parete addominale laterale durante l'esercizio del side plank e misurazioni dei muscoli in modalità M. A = obliquo esterno (0,968 cm), B = obliquo interno (0,937 cm) e C = addome trasverso (0,714 cm). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 8: Esempio di parete addominale laterale durante l'esercizio dell'insetto morto e misurazioni dei muscoli in modalità M. A = obliquo esterno (0,840 cm), B = obliquo interno (0,840 cm) e C = addome trasverso (0,720 cm). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

12. Misurazione sEMG

1. Premere l'icona Home nella pagina di registrazione dei dati EMG. Seleziona l'icona della cartella nell'angolo in alto a destra dello schermo. L'output salvato dalle prove statiche e di esercizio verrà salvato qui. Converti ogni file in un file .xlsx . Esportare il file .xlsx .
2. In un foglio di calcolo, ottenere i valori massimi durante la prima e l'ultima 5 s e il valore massimo complessivo.
3. Dividere l'output statico sEMG ottenuto nei passaggi 5 (static side plank sEMG) e 8 (dead bug sEMG) per l'output durante gli esercizi, rispettivamente.

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Risultati

Le misurazioni sia degli ultrasuoni che del sEMG durante la posizione di partenza statica dell'esercizio sono rappresentate nella Tabella 2. Questi numeri saranno utilizzati come denominatore nel calcolo del rapporto di attivazione. I valori di spessore dell'addome obliquo esterno, obliquo interno e trasverso durante i primi 5 s, gli ultimi 5 s e la durata totale (60 s) sono riportati nella tabella 3. Questi numeri sono divisi per i numeri nella tabella 2. I valori sEMG ...

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Discussione

L'ecografia M-mode fornisce l'inizio del movimento del tessuto muscolare e la variazione dello spessore muscolare durante l'osservazione in tempo reale dell'anatomia in un tempo selezionato²¹. L'ecografia M-mode combinata con sEMG fornisce una comprensione generale della funzione muscolare, compresa la rappresentazione elettrica e l'osservazione visiva. Questi strumenti possono essere utilizzati in tandem durante l'esercizio fisico per fornire ai ricercatori una comprensione globale della funzione...

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Materiali

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