コア持久力運動中のモーションモード超音波と表面筋電図で得られる筋機能

要約

このプロトコルは、モーションモード超音波と表面筋電図を同時に使用して、コアの筋肉機能を測定します。局所安定剤(例えば、腹横筋、内斜め)およびグローバルムーバー(例えば、外斜め)の筋肉の厚さおよび活性化は、側板および死んだ虫の運動の特定の時点で達成可能である。

要約

モーションモード(Mモード)超音波により、研究者や臨床医は時間の経過に伴う筋肉の厚さの変化を測定できます。筋肉の厚さは、運動中の特定の時点で筋膜境界間で測定できます。この選択された時点は、解剖学的構造のリアルタイムのライブ観察をもたらす1次元画像を生成します。機能的な動きの間に使用される超音波は動的超音波と呼ぶことができます。これは、リニアトランスデューサ、弾性ベルト、およびフォームブロックを使用して一貫したトランスデューサの配置を確保することで、実現可能で信頼性があります。外側腹壁は、筋肉の重なり合う性質のために、一般的に超音波を使用して調査されます。表面筋電図(sEMG)は、筋肉活性化の電気的表現を測定するため、Mモード超音波イメージングを補完することができます。コアエクササイズ中にMモード超音波とsEMGを同時に使用する証拠は最小限です。コアの筋肉組織に挑戦するエクササイズには、等尺性ホールド(サイドプランクなど)と振動性の四肢の動き(デッドバグなど)の両方が含まれます。この研究では、両方の機器を同時に使用して、運動中のコアマッスル機能を測定します。超音波測定値はリニアトランスデューサと超音波ユニットを使用して取得され、sEMG測定値はワイヤレスsEMGシステムから取得されます。参加者とエクササイズを比較するために、両方の機器の静的なエクササイズ開始位置を使用した正規化方法が使用されます。活性化率は超音波に使用され、収縮した厚さ(運動の時点の厚さ)を安静時(開始位置)の厚さで割ることによって計算されます。筋肉の厚さはセンチメートルで測定されます 上下筋膜境界から下上筋膜境界まで。これらの方法は、コア持久力運動中にMモード超音波とsEMGを使用して筋肉機能の革新的で実用的な測定を提供することを目的としています。

概要

外側腹壁は、横腹筋、内斜筋、外腹斜筋^{で構成されています1}。外側腹壁は、身体¹にかかる力に耐えるために、同心円状、偏心的、等尺性に収縮する。この筋肉群の共収縮は、人体の中心の安定化を提供する^2,3。これらの筋肉は、体幹機能の低下が下肢損傷の危険因子である股関節内転および膝外反の増加に関連しているため、下肢損傷の予防およびリハビリテーション中に重要です^4,5。コア筋肉組織の筋持久力の強化と増加に焦点を当てると、下肢の危険因子が減少するだけでなく、腰痛も軽減できます⁶。最近、急性および慢性の腰痛に苦しんでいる個人は、リハビリテーションに体幹の強化、持久力、および特定の体幹の筋肉の活性化を含めることが推奨されています⁶。特定の体幹筋活性化の例は、腰骨盤-股関節領域の制御を回復または協調を増加させるために共収縮を使用して、孤立またはグループ化された体幹筋を標的とすることである⁶。

筋肉機能を客観的に測定する2つの方法は、モーションモード(Mモード)超音波と表面筋電図(sEMG)の使用です。Mモード超音波は、運動の開始と程度を表示することができる記録された時間中の筋肉と筋膜の動きのリアルタイムの視覚化を提供します⁷。上下筋膜境界と下上筋膜境界の間の距離は、筋肉の厚さを得るために選択された時間に測定されます。運動の特定の時点における筋肉の厚さは、活性化率⁸を達成するために安静時の厚さによって割ることができます。sEMGは、出力を筋肉の最大収縮と比較できるため、筋肉の活性化と疲労に関する洞察を提供します⁹。これらの2つの機器および方法は、健常者および負傷者における様々な運動中の股関節筋活性化の開始を測定するために以前に使用されてきた¹⁰。体幹、特に側腹壁を標的とする運動は、サイドプランクとデッドバグ^11,12,13です。サイドプランクは、肘を肩と前腕の真下に地面に置いた横臥位で行われ、背骨が中立位置になるまで腰を地面から持ち上げます。膝を伸ばし、足を重ね合わせます⁹(補足図1)。死んだバグは、両腕を真上にし、腰と膝を90°の角度で曲げた仰臥位で行われます。運動は、片方の腕が頭の上で曲げられ、反対側の脚が伸びたときに始まります。反対側の腕と脚は中立位置に留まり、元の可動腕と脚が中立位置に戻ると屈曲して伸ばします¹³(補足図2および補足図3)。

外斜めの活性化は、側板11,12,14の間の最大自発等尺性収縮(MVIC)の37%から⁶²%の範囲であることが見られた。死んだバグの間、外部斜めの活性化は、演習¹⁵のわずか5回の繰り返しに対して、MVICの20%から30%の間で記録されています。外側腹壁のより深い腹筋である内斜めおよび横腹筋は、側板の間にMVICの22%から28%の間で活性化します^12,14。内腹斜筋と横腹筋の重なりの性質により、2つの筋肉はsEMG収集中に組み合わされました¹⁴。sEMGの制限は、隣接する筋肉からのクロストークであり、sEMGセンサーが別の筋肉の出力を生成し、活性化の誤った理解をもたらす可能性があります¹⁶。超音波で得られた筋肉の厚さの測定値は、この制限を軽減するために使用でき、この測定は、前述の等尺性ホールドなどの体幹運動中に実行可能です¹⁷。

側腹壁の筋肉の厚さは、収縮した厚さと静止した厚さの差の絶対的な大きさとして側板の間に記録されています。側板の30秒の時点で、内斜筋と外斜筋の筋肉の厚さはそれぞれ0.526mmと0.205mm増加しました¹⁷。これらの測定値は、側厚板の間のある時点で輝度モード超音波で記録された。Bモード超音波は、通常、画像の前後を評価するために実行されます。しかしながら、この方法では、2つの時点¹⁸での測定しかできない。Mモード超音波は、測定のために選択することができる任意の時点で、運動全体を通して筋肉活性化の開始および筋肉の厚さを検出できるため、Bモード超音波と比較して増加した利点を提供する¹⁸。したがって、現在のプロトコルの全体的な目標は、コア持久力運動中にMモード超音波とsEMGを使用して筋肉機能の革新的で実用的な測定を提供することです。これは、研究者や臨床医にとって、単一の時点に分離された測定とは対照的に、運動の期間中、特に持久力の性質の筋肉がどのように機能するかを理解するのに役立ちます。

プロトコル

すべての人間の参加者はインフォームドコンセントを提供しました。このプロトコルは、セントラルフロリダ大学の治験審査委員会によって承認された研究の一部でした。選択基準には、18〜45歳で、ACSMガイドラインに従って身体的に活動的(週5日、中程度から激しい活動30分)^{が含まれていました19}。除外基準には、過去1年以内の腰痛、現在の股関節、上肢、または下肢の痛みまたは怪我、腰部手術または下肢手術の1年の病歴、自己申告によるバランス障害、筋肉異常、現在妊娠中、または腹部に開放創があることが含まれていました(表1)。

1. データ収集機器の準備

1. 超音波装置とsEMG装置の完全性を確認してください(材料の表を参照)。
   1. 超音波装置の電源を入れ、[患者]を押して、新しい 患者を追加します。[ 新しい患者] をクリックし、患者 ID 番号を入力します。 [腹部プリセット]>MSK試験タイプ を選択し 、[登録]を押します。 終了を押します。
   2. タブレットの電源を入れ( 材料表を参照)、 EMG記録アプリケーションをクリックします。左上の画面の メニュー ボタンをクリックして、センサーをスキャンします。センサーをベースから取り出し、アクティベーションボタンにカーソルを合わせます。センサーがアプリケーションに接続されたら、参加者の識別番号を含む新しいフォルダーを作成します。
      注:腹部プリセットの超音波設定、Bモード:Bカラー=ティントマップD、書き込みズーム高さ= 4、書き込みズーム幅= 4、熱インデックス= TLS、ATOレベル=低、フォーカス数= 2、フォーカス数クロスXBeam = 2、フォーカス深度= 50、深さ(cm)= 3、圧縮= 1、フォーカス幅= 1、フォーカス幅クロスXBeam = 1、ライン密度= 3、ライン密度クロスXBeam = 3、抑制= 0、 フレーム平均 = 4、平均から CrossXBeam = 2、CrossXBeam = 2、CrossXBeam # = Low、CrossXBeam タイプ = 平均、エッジエンハンスメント = 3、B ステア = 0、グレースケールマップ = グレーマップ C、ゲイン = 34、ダイナミックレンジ = 69、除去 = 0、周波数 (MHz) = 12。腹部プリセットの超音波設定、Mモード:掃引速度= 0、Mカラー=ティントマップC、DOP表示フォーマット= Vert 1/2 B、拒否= 0、圧縮= 1、グレースケールマップ=グレーマップD、Mゲイン(Bからのデルタ)= 0。

2.表面筋電図法の準備(材料表を参照)

1. 参加者が仰臥位のフック横たわっている間に右腸骨稜と右下肋骨を触診することにより、外部斜めセンサーの位置を決定します(図1)。センサーを、筋線維²⁰と平行に、下肋骨と腸骨稜の間の中間点から3cm前方に配置する。
2. センサーが配置される皮膚の領域を剃り、きれいにし、デブライドします( 材料表を参照)。センサーに接着剤( 材料の表を参照)を追加し、皮膚に固定します。

図1:外側腹壁の検査位置。 sEMGセンサは、筋線維²⁰と平行に、下肋骨と腸骨稜との間の中間点から3cm前方に配置される。トランスデューサーは、外側の腹壁が画面に表示されるまで、臍の外側10cmに配置されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

3.超音波の準備(材料の表を参照)

1. 立位で、トランスデューサを弾性ベルトとフォームブロックに通します(図2)。
2. トランスデューサーにゲルを追加し、トランスデューサーを臍の横方向に10 cm配置します。外側腹壁が画面²¹ に見えるまで調整する(図3)。
3. トランスデューサーが外側腹壁にしっかりと固定されていることを確認してください。
4. ベルクロストラップでベルトを固定します。Bモードで最適な画質が得られるように深度を調整します(図4)。

図2:弾性ベルトとフォームブロックを通して配置されたトランスデューサー。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:側腹壁を確認するための安静時画像の例。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:弾性ベルトとフォームブロックで外側腹壁に固定されたトランスデューサー。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

4.超音波静的サイドプランク

1. ヨガマット( 資料表を参照)の上で、肘を90度の屈曲で右側に横たわり、体幹と上肢が地面から持ち上げられるように参加者に指示します。参加者の足は、膝を完全に伸ばした状態で互いに積み重ねる必要があります。足はヨガマットに平行に触れる必要があります。
2. 各画像の [フリーズ ]、[ 保存 ]を押して、側腹壁の3つの静的超音波画像をキャプチャします。
   注:保存された画像は、アクティブな画像画面の下にあります。

5. sEMG静的サイドプランク

注意: 同時に、研究者は、ステップ4.1で説明されている静的位置決め中にsEMG出力も取得します。

1. EMG記録アプリケーションの左上画面にあるsEMGメニューで、歯車のアイコンである[設定]を選択します。
   1. センサー設定ページが表示されたら、 上腕二頭筋 アイコンを選択します。これにより、正規化測定のページが開きます。
   2. [ 再生]を押して開始します。5秒のカウントダウンがあります。この期間中、患者に検査位置を取るように指示します。録音にはさらに5秒かかります。
   3. "MVC = .XXXXmV」と表記され、正規化計算に使用されます。
      注意: EMGモバイルスイートは、20〜450HzのEMG(RMS)333.3、1125ミリ秒のウィンドウ幅の間で自動的にバンドパスフィルターをバンドパスします。

6.サイドプランク

1. 次に、正しいフォーム^{60を維持しながら22}秒間サイドプランクを完了するように参加者に指示します。超音波装置のMを押して、 M モードをオンにします。
2. プロットを押し、赤いボタンを押して、EMGアプリケーションで保存ボタンをもう一度押します。参加者には3秒のカウントダウンが与えられます。そのカウントダウンが始まったら、超音波の[保存]を押して超音波記録を開始します。
   注:参加者は、60秒まで、または研究者が正しいフォームが中断されたと判断するまで、正しいフォームを保持します。
3. 録画したMモードビデオを保存するには、エクササイズが停止したら[ ストア ]を押し、sEMGアプリケーションの [停止 ]ボタンを押します。
4. [ 名前を付けてファイルを保存 ]をクリックし、ファイル名を入力して出力を保存し、記録が停止したときに画面に表示されます。

7.超音波静的デッドバグ

1. ヨガマットの上で、足をフック横臥位にして仰臥位になるように参加者に指示します。
2. Bを押して輝度モードに入ります。各画像に対してフリーズを押してから[保存]を押して、超音波を介して側腹壁の3つの静止画像をキャプチャします。保存された画像は、アクティブな画像画面の下にあります。

8. sEMG静的デッドバグ

1. EMGアプリケーションのメニュー(左上)で、歯車のアイコンである[設定]を選択します。
2. センサー設定ページが表示されたら、 上腕二頭筋 アイコンを選択します。これにより、正規化測定のページが開きます。
3. [ 再生]を押して開始します。5秒のカウントダウン中に、患者にテストポジションを取るように指示します。録音にはさらに5秒かかります。
4. "MVC = .XXXXmV」と表記され、正規化計算に使用されます。

9.デッドバグ

1. 次に、正しいフォームを維持しながら、死んだバグを60秒間完了するように参加者に指示します。超音波装置のMを押して、 M モードをオンにします。
2. 反対側の四肢の開始位置を維持しながら、左腰と膝を最大限に伸ばしながら、右肩を最大限に伸ばすように参加者に指示します。
3. 次に、肩、腰、膝を曲げて開始位置に戻るように参加者に指示します。その後、反対側の四肢も同じ動きをします。
4. 参加者に、毎分45拍に設定されたメトロノームでエクササイズを行うように依頼します。これにより、60秒で死んだバグが22回繰り返されます。
   注:参加者は、60秒まで、または研究者が正しいフォームが中断されたか、メトロノームのリズムが中断されたと判断するまで、正しいフォームを保持する必要があります。
5. プロットを押し、赤いボタンを押してから再生を押します。EMGアプリケーションで保存ボタンをもう一度押します。参加者には3秒のカウントダウンが与えられます。そのカウントダウンが始まったら、超音波の[保存]を押して超音波記録を開始します。

10.超音波静電気測定

1. 測定する最初の静止画像を選択したら、[ Enter ]をクリックします。
2. 測定を押して測定ツールを開きます。上下筋膜境界から下上筋膜境界までの静止位置における最大筋肉厚をセンチメートル単位で測定します(図5[サイドプランク]および図6[死んだバグ])。
3. 上の下ボーダーで Enter をクリックし、下上のボーダーでもう一度 Enter をクリックします。
4. サイドプランクとデッドバグの静的測定について、手順10.1〜10.3を繰り返します。3つの静止画像の測定値を平均します。

図5:サイドプランク静電気、運動開始位置、筋肉の測定中の外側腹壁の例。 A =外斜(0.554 cm)、B =内斜(0.761 cm)、C =腹横(0.326 cm)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図6:死んだ虫の外側腹壁の例 静的、運動開始位置、および筋肉の測定。 A =外斜(0.618 cm)、B =内斜め(0.820 cm)、C =腹横(0.438 cm)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

11.超音波動的測定

1. 運動の最初の5秒と最後の5秒間に、外腹斜筋、内斜筋、および腹横筋の厚さの最大厚さを測定します。さらに、60秒全体にわたって最大厚さを記録します。
   注意: サイドプランクは通常、5秒間実行されます。以前の著者からのセットと繰り返しのガイドラインを取り、このプロトコルでの比較のために60秒のより長い持続時間が選択されました。タスクの最初の5秒と最後の5秒を比較して、筋肉群^23,24の強度と持久力の両方の側面を評価しました。
2. スクロールボタンを使用して、各エクササイズの最初の5秒と最後の5秒を見つけます。さらに、60秒の運動を通して、各筋肉の最大の厚さを目視検査します。
3. 測定を押して測定ツールを開きます。上下筋膜境界から下上筋膜境界までの静止位置における最大筋肉厚をセンチメートル単位で測定します(図7[側板]および図8[死んだ虫])。
4. エクササイズ中に得られた3つの厚さ測定値のそれぞれを平均化された静的位置で割って、活性化率 ²⁵を取得します。

図7:サイドプランク運動中の側腹壁の例とMモードでの筋肉の測定。 A = 外斜 (0.968 cm)、B = 内斜 (0.937 cm)、C = 横腹 (0.714 cm)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図8:デッドバグ運動中の外側腹壁の例とMモードでの筋肉の測定。 A =外斜(0.840 cm)、B =内斜(0.840 cm)、C =横腹(0.720 cm)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

12. sEMG測定

1. EMGデータ記録ページのホームアイコンを押します。画面の右上隅にあるフォルダアイコンを選択します。静的およびエクササイズトライアルからの保存された出力はここに保存されます。各ファイルを.xlsxファイルに変換します。.xlsx ファイルをエクスポートします。
2. スプレッドシートで、最初と最後の 5 秒間の最大値と、全体の最大値を取得します。
3. ステップ5(静的サイドプランクsEMG)と8(デッドバグsEMG)で得られた静的sEMG出力を、それぞれ演習中の出力で割ります。

結果

静的な運動開始位置における超音波およびsEMGの両方の測定値を表 2に表す。これらの数値は、活性化率を計算する際の分母として使用されます。最初の5秒、最後の5秒、および合計持続時間(60秒)の間の外斜筋、内腹斜筋、および腹横筋の厚さの値は 表3にあります。これらの数値を 表 2 の数値で除算します。静的に正規化されたsEMG値、最初の5秒、最後?...

ディスカッション

Mモード超音波は、選択された時間²¹にわたる解剖学的構造のリアルタイム観察中に筋肉組織運動および筋肉厚さ変化の開始を提供する。sEMGと組み合わせたMモード超音波は、電気的表現や視覚的観察を含む筋肉機能の全体的な理解を提供します。これらの機器は、運動中にタンデムして使用することで、研究者に筋肉機能のグローバルな理解を提供することができます。

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資料

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