Artículo de método

Evaluación del control postural y la activación muscular de las extremidades inferiores en individuos con inestabilidad crónica del tobillo

DOI:

10.3791/61592

⸱

18 de septiembre de 2020

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1Department of Critical Care Medicine, Shanghai Tenth People's Hospital, School of Medicine, Tongji University, 2School of Kinesiology, Shanghai University of Sport, 3Department of Rehabilitation Medicine, Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People's Hospital

En este artículo

Resumen

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Individuos con inestabilidad crónica del tobillo (CAI) exhiben deficiencia de control postural y retraso en la activación muscular de las extremidades inferiores. La posturografía dinámica computarizada combinada con la electromiografía superficial proporciona información sobre la coordinación de los sistemas visual, somatosensorial y vestibular con regulación de activación muscular para mantener la estabilidad postural en individuos con CAI.

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La posturografía dinámica computarizada (CDP) es una técnica objetiva para la evaluación de la estabilidad postural en condiciones estáticas y dinámicas y perturbación. CDP se basa en el modelo de péndulo invertido que traza la interrelación entre el centro de presión y el centro de gravedad. La CDP se puede utilizar para analizar las proporciones de visión, propriocepción y sensación vestibular para mantener la estabilidad postural. Los siguientes caracteres definen la inestabilidad crónica del tobillo (CAI): dolor persistente en el tobillo, hinchazón, la sensación de "dar paso" y discapacidad autoinformada. La estabilidad postural y el nivel de activación muscular fibular en individuos con CAI disminuyeron debido a lesiones complejas en ligamentos laterales del tobillo. Pocos estudios han utilizado CDP para explorar la estabilidad postural de las personas con CAI. Faltan estudios que investiguen la estabilidad postural y la activación muscular relacionada mediante el uso de CDP sincronizada con electromiografía superficial. Este protocolo CDP incluye una prueba de organización sensorial (SOT), una prueba de control de motor (MCT) y una prueba de adaptación (ADT), así como pruebas que miden la postura unilateral (EE.UU.) y el límite de estabilidad (LOS). El sistema de electromiografía superficial se sincroniza con el CDP para recopilar datos sobre la activación del músculo de las extremidades inferiores durante la medición. Este protocolo presenta un enfoque novedoso para evaluar la coordinación de los sistemas visual, somatosensorial y vestibular y la activación muscular relacionada para mantener la estabilidad postural. Además, proporciona nuevas perspectivas sobre el control neuromuscular de las personas con CAI cuando se enfrenta a entornos complejos reales.

Introducción

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La posturografía dinámica computarizada (CDP) es una técnica objetiva para la evaluación de la estabilidad postural en condiciones estáticas y dinámicas y perturbación. CDP se basa en el modelo de péndulo invertido que traza la interrelación entre el centro de presión (COP) y el centro de gravedad (COG). El COG es la proyección vertical del centro de masa (COM), mientras que COM es el equivalente de punto de la masa corporal total en el sistema de referencia global. COP es la ubicación de punto del vector de fuerza de reacción vertical al suelo. Representa un promedio ponderado de todas las presiones sobre la superficie del área de contacto con el suelo1. La estabilidad postural es la capacidad de mantener el COM dentro de la base de soporte en un entorno sensorial determinado. Refleja la capacidad de control neuromuscular que coordina el sistema nervioso central con el sistema sensorial aferente (visión, propriocepción y sensación vestibular) y la salida de mando motor2.

Los métodos de evaluación anteriores para el control postural, como el tiempo para una postura de una sola pierna y la distancia de alcance para las pruebas de equilibrio Y, están orientados a los resultados y no se pueden utilizar para evaluar objetivamente la coordinación entre los sistemas sensoriales y el control del motor3. Además, algunos estudios utilizaron la placa tambaleante computarizada portátil, que cuantificaba el rendimiento del equilibrio dinámico de los entornos de laboratorio4,5,6. LA CDP difiere de los métodos de prueba antes mencionados, ya que se puede aplicar al análisis de la proporción de visión, propriocepción y sensación vestibular en el mantenimiento de la estabilidad postural y a la evaluación de la proporción de la estrategia motora, como la estrategia dominante del tobillo o la cadera. Ha sido visto como un estándar de oro para la medición de control postural7 debido a su precisión, fiabilidad y validez8.

La inestabilidad crónica del tobillo (CAI) se caracteriza por dolor persistente en el tobillo, hinchazón y sensación de "dar paso"; es una de las lesiones deportivas más comunes9. CAI se origina principalmente a partir de esguinces laterales del tobillo, que destruyen la integridad y estabilidad del complejo de ligamentos laterales del tobillo. La propriocepción, la fuerza muscular fibular, y la trayectoria normal del talo se ven deteriorados10,11. Las deficiencias del segmento débil del tobillo pueden resultar en un control postural deficiente y activación muscular en individuos con CAI12. Sin embargo, pocos estudios han investigado la estabilidad postural de las personas con CAI mediante el uso de CDP3,,13. Las mediciones actuales rara vez podían analizar la deficiencia de control de la postura de CAI desde la perspectiva del análisis sensorial. Por lo tanto, la capacidad de la organización sensorial y la estrategia postural de CAI para mantener la estabilidad postural necesita una mayor exploración.

La actividad muscular es un componente importante del control neuromuscular que afecta a la regulación de la estabilidad postural14,,15. Sin embargo, cdp sólo monitorea la interrelación entre la COP y el COG a través de placas de fuerza, y su aplicación a la observación del nivel de activación específico de los músculos de las extremidades inferiores en individuos con CAI es difícil. Actualmente, pocos estudios han evaluado la estabilidad postural de las personas con CAI a través de un método que combina CDP con electromiografía (EMG).

Por lo tanto, el protocolo desarrollado tiene como objetivo explorar el control postural y la actividad muscular relacionada mediante la combinación de CDP y sistema de electromiografía superficial (sEMG). Este protocolo proporciona un enfoque novedoso para investigar el control neuromuscular, incluida la organización sensorial, el control postural y la actividad muscular relacionada, para los participantes con CAI.

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Protocolo

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Antes de las pruebas, los participantes firmaron un consentimiento informado después de recibir información sobre el proceso experimental. Este experimento ha sido aprobado por el comité de ética de la Universidad de Deportes de Shanghai.

1. Configuración del equipo

  1. Encienda el sistema CDP, complete la autocalibración y asegúrese de que el instrumento funciona normalmente a una frecuencia de muestreo de 100 Hz.
    NOTA: Cada una de las dos placas de fuerza independientes instaladas mide tres fuerzas (Fx, Fy y Fz) y tres momentos (Mx, My y Mz). El eje X está en la dirección izquierda-derecha y es perpendicular al plano sagital. El eje Y está en la dirección hacia adelante y hacia atrás y es perpendicular al plano coronal. El eje z es perpendicular al plano horizontal. Los orígenes se encuentran en los centros de las placas de fuerza.
  2. Haga doble clic en Balance Manager System (Sistema de Balance Manager) Módulo clínicoy, a continuación, haga clic en Nuevo paciente y establezca el ID del paciente. Seleccione Prueba de organización sensorial, Posición unilateral, Límites de estabilidad, Prueba de control del motor y Prueba de adaptación.
    NOTA: Estos datos demográficos también se utilizan para el análisis de diagnóstico normativo coincidente con la edad.
  3. Encienda el sistema de electromiografía de superficie (sEMG) y haga doble clic en el icono Herramientas de movimiento de EMG. Especifique la señal de disparo como Trigger In (Manual Stop),establezca el ID del participante y haga coincidir los músculos medidos con el electrodo inalámbrico. Los músculos de la extremidad inferior inestable son vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM), y gastrocnemius lateralis (GL).
    NOTA: La frase Trigger In (Manual Stop) indica que CDP activa el sistema sEMG para capturar datos EMG durante las pruebas, pero el indicador "end" requiere hacer clic manualmente para detener la adquisición.
  4. Conecte el sistema sEMG con el sistema CDP a través de la línea de sincronización. Ajuste la cámara del sistema sEMG para capturar la luz indicadora de señal del sistema CDP.
    NOTA: El vídeo de la luz indicadora se recopila sincrónicamente con el sistema CDP y sEMG para cortar el ciclo correspondiente del EMG de acuerdo con las pruebas CDP. "Luz encendida" indica que la prueba está en curso, y "light off" indica que la prueba está en pausa/parada.

2. Selección y preparación de los participantes

  1. Utilizar los siguientes criterios de inclusión para los participantes de CAI: (1) 35 participantes masculinos con actividad diaria regular, excluyendo atletas profesionales o participantes sedentarios; (2) 20–29 años; (3) antecedentes de al menos un esguince significativo del tobillo, y el esguince inicial debe haber ocurrido al menos 12 meses antes de la inscripción en el estudio; (4) sentimientos de "regalar" la articulación lesionada del tobillo y/o esguince recurrente y/o "sensación de inestabilidad;" y (5) una puntuación de cuestionario de la herramienta Cumberland Ankle Instability Tool de menos de 24 puntos16.
    1. Excluir a los participantes con antecedentes de esguinces bilaterales, fractura de miembros inferiores, operación, enfermedades del sistema nervioso y vestibular, o alergia a la cinta. Además, reclutar a 35 participantes masculinos sin CAI, cuyos datos demográficos coincidieron con el grupo CAI, como el grupo de control.
  2. Para la preparación, fije la pieza del electrodo en el vientre de los músculos medidos. Indique a los participantes que lleven un arnés de seguridad y que se pongan descalzos sobre las placas de fuerza para hacer frente al entorno visual.
    1. Ajuste la alineación de los pies en las placas de fuerza. Alinee los medialis malleolus con la línea horizontal y el borde lateral del pie con la línea de altura generada por ordenador correspondiente (líneas S, M y T). Desactive la pantalla incrustada en el entorno visual (Figura 1).
      NOTA: Estas directrices se basan en las siguientes alturas. "S" significa "pequeño" e incluye alturas que van de 76 cm a 140 cm. "M" significa "medio" e incluye alturas que van desde 141 cm a 165 cm. "T" significa "alto" e incluye alturas que van desde 166 cm a 203 cm. La pantalla puede producir efectos de aprendizaje, ya que puede proporcionar retroalimentación visual en tiempo real. Por lo tanto, la pantalla debe permanecer cerrada durante la prueba, excepto durante el límite de estabilidad (LOS) prueba17.

figure-protocol-1
Figura 1: Preparación del participante para la medición. Los participantes se colocan descalzos para mirar hacia el entorno visual, usan el arnés de seguridad, alinean correctamente sus pies con las placas de fuerza y fijan los electrodos EMG inalámbricos en sus piernas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Procedimientos de medición

  1. Medición de CDP
    1. Prueba de organización sensorial
      1. Indique a los participantes que se pongan de pie y que mantengan su COG lo más estable posible para hacer frente a la interferencia de la visión, la sensación somatosensorial y vestibular (por separado o combinada) (Tabla 1). Complete las mediciones de las condiciones 1–6. Cada prueba dura 20 s. Repita el procedimiento tres veces para cada condición.
    2. Postura unilateral
      1. Indique a los participantes que coloquen sus manos sobre la columna iliaca superior anterior con los ojos abiertos/cerrados. Considere el lado inestable del tobillo como la pierna de apoyo. Extienda completamente la articulación de la rodilla y doble la rodilla de su pierna que no sea de apoyo en aproximadamente 30o. Permita que los participantes permanezcan estables durante 10 s. Repita el procedimiento tres veces para cada condición visual.
    3. Límite de estabilidad
      1. Instruir a los participantes a mantener su COG en el área central. Al oír el anillo, incline su cuerpo y cambie su COG rápidamente en el marco objetivo en la pantalla. Indique a los participantes que permanezcan estables durante 10 s. Complete el cambio de ocho direccionales de su COG (adelante, adelante-derecha, derecha, derecha-hacia atrás, atrás-izquierda, izquierda, izquierda y izquierda-adelante).
        NOTA: En el proceso de desplazamiento del COG, el cuerpo se mantiene recto, el talón o los dedos de los pies no están lejos de las placas de fuerza, y la articulación de la cadera no está doblada.
    4. Prueba de control del motor
      1. Instruir a los participantes a responder eficazmente para restaurar la estabilidad del cuerpo y hacer frente al deslizamiento inesperado de las placas de fuerza. Repita el procedimiento tres veces para cada condición de deslizamiento.
        NOTA: Las placas de fuerza se deslizan con amplitud pequeña/media/grande en la dirección anterior/posterior. De acuerdo con la altura del participante, la amplitud de deslizamiento de las placas de fuerza se ajusta automáticamente. Se deben seguir los procedimientos estándar para alinear la posición del pie en las placas de fuerza. El retardo aleatorio existe entre los ensayos.
    5. Prueba de adaptación
      1. Instruir a los participantes a responder eficazmente para restaurar la estabilidad del cuerpo y para hacer frente a cinco rotaciones inesperadas consecutivas a una velocidad de 20o /s. Dirija los dedos hacia arriba o hacia abajo.
CondiciónOjosPlacas de fuerzaEnvolvente visualInterferenciaRespuesta prevista
1AbiertoArreglarArreglarSomáticosensoriales
2CercaArreglarArreglarVisiónSomáticosensoriales
3AbiertoArreglarReferencia de balanceoVisiónSomáticosensoriales
4AbiertoReferencia de balanceoArreglarSomáticosensorialesVisión, vestibular
5CercaReferencia de balanceoArreglarSomatosensorial, visiónVestibular
6AbiertoReferencia de balanceoReferencia de balanceoSomatosensorial, visiónVestibular

Tabla 1: Diferentes interferencias y la respuesta prevista correspondiente en la prueba de organización sensorial. El término "referenciado" significa que el movimiento de las placas de fuerza y el envolvente visual sigue el balance del COG del participante.

  1. proceso de medición y datos sEMG
    1. Después de activar por el sistema CDP durante SOT, EE.UU., LOS, MCT y ADT, iniciar la adquisición automática de datos brutos de actividad muscular de las extremidades inferiores. Detenga manualmente la adquisición durante el sistema sEMG cuando la luz está apagada. El tamaño de la muestra es de 1000 Hz.
    2. Introduzca la ventana de procesamiento del software sEMG. Importe el archivo C3d de los datos sin procesar EMG y el archivo mp4 del vídeo ligero. Corte el ciclo de prueba cuando la luz esté encendida.
    3. En las operaciones de "tubería de procesamiento", incluya las siguientes opciones en la tubería de ejecución: filtro Butterworth con paso bajo (450 Hz, 2. Orden) y paso alto (20 Hz, 2. Orden); filtro de muesca a 50 Hz; y la ventana de suavizado cuadrado medio de raíz de 100 ms.
      NOTA: Elija el filtro Butterworth con paso bajo (450 Hz, 2. Orden) y paso alto (20 Hz, 2. Orden) para filtrar componentes no deseados de baja y alta frecuencia. Ajuste el filtro de muesca a 50 Hz para eliminar la interferencia de 50 Hz de la alimentación principal. Utilice la ventana de suavizado cuadrado medio de la raíz de 100 ms para suavizar la señal ruidosa.
    4. En las opciones Generar eventos, incluya los siguientes eventos en la canalización de ejecución. "músculo encendido" se define como "todos los canales van por encima de 5x desviaciones estándar de ruido basal para por lo menos 50 ms". "músculo apagado" se define como "todos los canales caen por debajo de 5x desviaciones estándar sobre la línea de base durante al menos 50 ms ".
    5. En las opciones Generar parámetros, incluya los siguientes parámetros en la canalización de ejecución: electromiografía integral (iEMG); cuadrado medio de la raíz (RMS); frecuencia de potencia media (MPF); frecuencia media (MDF); y la relación de co-activación.
      NOTA: Las siguientes son las fórmulas de cálculo a las que se hace referencia para los parámetros anteriores (Ecuaciones 1–4):
      figure-protocol-2
      figure-protocol-3
      figure-protocol-4
      figure-protocol-5
    6. Normalice los valores RMS de los ensayos SOT, US, LOS, MCT y ADT con los valores RMS de contracción isométrica voluntaria máxima (MVIC) para cada músculo (Ecuación 5).
      figure-protocol-6
      NOTA: MVIC indica la contracción de fuerza máxima de cada músculo para los participantes en la postura estándar para 5 s (archivo complementario 1)18.

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Resultados

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Resultados representativos de CDP
Prueba de organización sensorial
El sistema evalúa la capacidad del participante para mantener el COG en el área de destino predeterminada, cuando el entorno cambia como entrada de señal periférica. La puntuación de equilibrio (ES) es la puntuación en las condiciones 1–6 que refleja la capacidad de coordinar el sistema sensorial para mantener la estabilidad postural (Ecuación 6). La puntuación compuesta (COMP) es l...

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Discusión

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El protocolo presentado se utiliza para medir el control postural dinámico y la actividad muscular relacionada en individuos con CAI mediante la sincronización de CDP con sEMG. CDP traza la trayectoria de la COP y COG y proporciona información sobre la interacción entre la información sensorial (visual, somatosensorial, y la sensación vestibular) y el entorno externo8,,21,22. Es una herramienta eficaz para el diagnóstico de la l...

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Divulgaciones

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Los autores reconocen la financiación del Fondo Nacional de Ciencias Naturales de China (11572202, 11772201 y 31700815).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
NeuroCom Balance Manager SMART EquiTestNatus Medical Incorporated, EE. UU.Sus componentes principales incluyen: NeuroCom Balance Manager Software Suite, placa de fuerza dual dinámica (girar y trasladar), marco visual móvil de 15" pantalla LCD (podría proporcionar una visualización en tiempo real del sujeto) s centro de gravedad mostrado como un cursor durante la tarea) e iluminación, barra de soporte superior con arnés del paciente, computadora y otras partes.
sistema inalámbrico Myon 320 sEMGMyon AGEl sistema consta de 16 canales paralelos de señales de transmisor, receptor, "Herramientas de movimiento EMG" y software "ProEMG", computadora y otras partes.

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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Chronic Ankle InstabilityComputerized Dynamic PosturographySurface ElectromyographySensory Organization TestMotor Control TestLimits of StabilityUnilateral StancePostural StabilityLower extremity Muscle ActivationNeuromuscular Control

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