Abstract
Теоретически, электромиографическое (ЭМГ) усталость порог интенсивность упражнения человек может поддерживать до бесконечности без необходимости набора большего двигателя единицы, которая связана с увеличением амплитуды ЭМГ. Хотя различные протоколы были использованы для оценки усталостной порог EMG они требуют несколько визитов, которые непрактичны для клинических условиях. Здесь мы приводим протокол для оценки порог усталости EMG для велоэргометрии, который требует одного визита. Этот протокол является простым, удобным, и завершены в течение 15-20 мин, таким образом, имеет потенциал, чтобы быть переведены в инструмент, который врачи могут использовать в тренажерном рецепта.
Introduction
Поверхность электромиографии (ЭМГ) является неинвазивным подход изучения блока двигателя во время набора изометрической 1-3, 4-6, изокинетического или непрерывного действия 7-10 мышц. Амплитуда сигнала ЭМГ представляет мышечной активации, который состоит из числа моторных единиц, активированного скорости стрельбы из двигательных единиц, или как 11. Понятие усталости порога ЭМГ используется для указания самого высокого нагрузку, в которой человек может осуществлять неопределенное без увеличения амплитуды ЭМГ 8.
Важно, чтобы кратко обсуждения происхождение усталости порога ЭМГ. Оригинальное исследование по Devries др. 12 участвует в протокол, который состоял из нескольких (обычно от 3 до 4) прерывистые работы приступы, где амплитуда ЭМГ была построена от времени для каждой рабочей бой. Выходная мощность затем нанесены против коэффициентов наклона от амплитуды ЭМГ в зависимости от времени отно шений, а затем экстраполировать до нулевой наклон (Y-перехват) 12. Авторы 12 первоначально назвал, что Протокол по физической работоспособности на порог усталости (PWCFT). В другом исследовании, де Фриса и др. 13 использовали разрывные работы приступы, но используется линейная регрессия, чтобы найти первую выходную мощность, что привело к значительному склоне для амплитуды ЭМГ в зависимости от времени отношений. Авторы 13 также называют этот протокол PWCFT, создавая некоторую путаницу в литературе. В следующей статье, де Фриса и др. 14 изменила свой ранее протокол 13 и разработали непрерывный поэтапный протокол. Амплитуда ЭМГ было в зависимости от времени для каждого выхода питания и PWCFT была определена как среднее высшей мощности, в результате каких-либо изменений в амплитуде ЭМГ с течением времени и низкой мощности, что привело к увеличению амплитуды ЭМГ в течение долгого времени 14 ,
ЛОР "> Следует отметить, что термин PWC была первоначально введена в конце 1950-х годов 15,16 и является синонимом с множеством литературы (прошлое, настоящее, и в разных странах) изучения аэробную способность на данной рабочей нагрузки 17. Кроме того, Термин используется в эргономичном и промышленного литературы, сосредоточиться на день-в-день производительности труда работников, выполняющих повторяющиеся действия в течение 8 часовой рабочий день, например, физических лиц в качестве сборочного завода 18.Термин порог усталости ГРП была первоначально использована Matsumoto и его коллеги 19 после того, как они изменили протокол де Фриса 12, где выходная мощность по сравнению с коэффициентами наклон амплитуды ЭМГ в зависимости от времени отношений нанесены и экстраполировали до точки нулевого наклона. Совсем недавно, Гаффи и др. 20 и Бриско и др. 8 использовали метод де Фриза и др. 14 и терминологию Мацумото и дрл. 19 оперативно определить порог усталости EMG. Двигаясь вперед, мы рекомендуем термин ЭМГ усталость порог будет использоваться. Таким образом, амплитуда ЭМГ в зависимости от времени отношений строится для каждого выхода питания, а затем анализировали с помощью линейных регрессионных анализов (рисунок 1). Чтобы оценить порог усталости EMG, высокий выходной мощности с не-значимыми (р> 0,05) склона и низкой мощности со значительным (р <0,05) наклон определены, а затем среднее рассчитывается 14. Этот протокол является простым, удобным, и завершены в течение 15-20 мин. Кроме того, прирост дебита можно модулировать в зависимости от уровня индивида обычного физической активности, и, следовательно, могут применяться в клинических условиях.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все процедуры были одобрены Университета Институциональная наблюдательного совета по правам субъектов.
1. Подготовка этапа Участника
- У участник аккуратно закатать шорты для требуемого ноги. Затем лента шорты, так что четырехглавой мышцы бедра группа мышц подвергается и нарисуйте линию вокруг области участник должен бриться.
- ВАЖНО: У участник бреют ноги перед испытанием, нежели в предыдущий день, так как это гарантирует, что нет стерня, которые могут влиять на сигнал EMG.
- После того, как участник завершил бритья нужную область ногу, очистить бритая область спиртом, чтобы гарантировать, что нет ни одного остатки геля для бритья (крем или) которые могут влиять на сигнал EMG.
2. Измерение ноги электрододержателя размещения
- Для того, чтобы поместить электрод ЭМГ на латеральной широкой мышцы, сделать FOИзмерения llowing
- У участников стоять прямо перед исследователем.
- Найдите передней подвздошной Спина превосходной (МБР) и боковую сторону надколенника. ASIS является бедренной кости; пальпации его, поместив руку по обе стороны живота ниже пупка.
- С рулеткой, измерить расстояние между двумя точками, указанных выше, и принять 2/3 этой величины на линии от МБР к боковой стороне коленной чашечки. Примечание: Дополнительная информация, касающаяся размещения электродов ЭМГ можно найти на SENIAM (Электромиография для неинвазивной оценки мышц) Ссылка: http://www.seniam.org/
3. Размещение ЭМГ Электроды
- После расположение латеральной широкой был идентифицирован, принять электродов ЭМГ (большинство исследователей использовать имеющиеся в продаже одноразовые электроды Ag-Ag Cl) и место более латеральной широкой, не снимая клейкую шIELD. Затем с помощью ручки отметить область, где гель часть электрода к мышце. Убедитесь, что расстояние между электродами 20 мм от центра до центра.
- Используйте кусок наждачной бумаги (60) грубой мягко обработать эти две области, чтобы удалить поверхностный слой кожи. В течение этого времени, просим участнику их уровень дискомфорта. Остановить шлифования, когда участник показывает площадь теплая.
- Очистите истертые участки с полотенцем, которое, смоченной спиртом или спиртовым тампоном. Разрешить области на ноге высохнуть перед размещением электродов ЭМГ.
- Поместите электроды ЭМГ на сайтах, которые были Выбросы (рисунок 2). Заботьтесь, чтобы не поместить электроды на Iliotibial группы (ИТ группы). Попросите участника заключить контракт четырехглавой мышцы бедра, чтобы пальпации латеральной широкой. Поместите электроды на мышце, чтобы обеспечить это не на ИТ группы. Примечание: если электроды на ИТ группы, сигнал Wou ЭМГLD быть, смоченной когда участник просят максимально контракт.
- Поместите электрод сравнения (3-й электрод) на участке креплени, такие как опознавательной ASIS таким образом, не мешая движению нижних конечностей во время упражнений боя.
4. Проверка EMG сигнал
- Перед началом теста тренировки, проверить межэлектродное сопротивление.
Примечание: Этот шаг является критическим, потому что если сигнал имеет слишком много шума, то данные ЭМГ, собранные в ходе нагрузочного теста будет считаться недействительным.- У участников сесть в кресло и подключить ЭМГ приводит к их соответствующих электродов, прикрепленных к ноге участника.
- В этот момент, у участника ослаблять ногу, не имея напряжение в мышце. Затем, после примерно 30 сек отдыха, есть участник максимально контракт их четырехглавой мышцы бедра мышцы в течение 5 секунд, а затем вернуться к тому, полностью расслаблены.
- При выполнении задач AБове (шаг 4.1.2), запись участников EMG сигнал на компьютер.
- Убедитесь, что межэлектродное сопротивление <2,000 Ом. Кроме того, если вольтметр имеется в лаборатории, а затем проверить базовой шум и держать ниже 5 мкВ. Кроме того, установите частоту дискретизации на частоте 1000 Гц.
5. Настройка вверх велоэргометре
- После проверки межэлектродное сопротивление, есть участник перехода от стула на велоэргометре.
- У участников встать рядом с велоэргометре и поднять их до колена бедра не параллельно земле. Тогда же участник удержать эту позицию и регулировать высоту сиденья в соответствии с той же высоты, как бедра участника.
- После этого у участников сидеть на велоэргометре сиденье, а затем педаль пару раз, прося их, если они удобны с высотой сиденья. При необходимости, отрегулируйте высоту сиденья.
- Убедитесь, THAт ноги участника находятся рядом полного выдвижения с небольшим изгибом (~ 5 °) в коленях во время каждого педали революции.
- Перед началом теста, есть участник носить полярный пульсометр, чтобы ЧСС может быть документированы в течение нагрузочного теста.
6. Выполнение Threshold протокол ЭМГ усталости
- У участник начать на велосипеде и постепенно увеличивать их каденции до 70 об / мин. Затем увеличьте мощность на велоэргометре до 50 Вт
- Есть цикл участником этой мощности примерно 2-3 мин.
Примечание: Это упражнение низкой интенсивности и будет служить в качестве разминки. - После периода прогрева, не увеличивать выходную мощность 25 Вт каждые 2 мин до участник больше не в состоянии поддерживать 70 оборотов / мин каденцию или просит тест остановлен.
Примечание: Следует отметить, что во время нагрузочного теста, ЭМГ сигнал записывается в течение 10сек эпохи в каждой стадии 2 мин для сек 10-20, 30-40, 50-60, 70-80, 90-100, 110-120 и 21. Большинство систем ЭМГ будет иметь возможность установить автоматическую запись в желаемом интервале. Таким образом, на каждом этапе должно быть 6 файлов данных. - После дополнительных испытаний заключил, есть участник выполнить остыть при 50 В. Проверьте, что длина прохладе вниз соответствует имея сердечного ритма возвращение участника в стоимости в течение фазы прогрева. Монитор в этом, проверив частоту сердечных участника с помощью полярного пульсометр.
- После того, как остынет завершена, удалить ЭМГ приводит и есть участник сойти велоэргометре и вернуться в кресло. Затем осторожно снять электроды ЭМГ и протрите области с чистым полотенцем, смоченной спиртом или спиртовым тампоном.
7. Обработка ЭМГ сигнала
- После завершения теста, просесс файлов исходных данных ЭМГ, которые были собраны в течение нагрузочного теста, так что данные могут быть использованы, чтобы определить порог усталости EMG.
- Выполните обработку сигнала ЭМГ либо программного обеспечения, используемого для сбора сигнал EMG или пользовательские письменного программного обеспечения с использованием различных платформ, таких как MATLAB или LabVIEW.
- Фильтр собранные сигналы ЭМГ, используя полосовой фильтр. Используйте параметр от 10 до 500 Гц. Примечание: Это изменяет частоту сигнала, так что низкие частоты артефакты из-за движения приводит ЭМГ (<10 Гц), и высокочастотных артефактов из окружающей среды (> 500 Гц), удаляются. Используйте режекторный фильтр 60 Гц, если есть какие-либо помехи от источника питания компьютера или системы EMG.
- После того, как сигнал был отфильтрован, определить амплитуду сигнала путем вычисления квадратного корня значение сигнала: Площадь каждой из точек данных, подвести их, разделите на количество точек данных, а затем взять квадратный корень из полученного значения, Выполните эти вычисления, используя вышеупомянутую программу.
8. Определение порога ЭМГ усталости для каждого участника
- Выполните следующие действия для каждого участника.
- После того как сигнал EMG был обработан; использовать статистическую программу (например: GraphPad Prism) и маркировать первый столбец "Время" и последующие столбцы с выходами питания, используемых для испытания.
- Для каждого выхода питания, заполнить соответствующее значение амплитуды ЭМГ для каждого интервала 20 сек.
- Для каждого выхода питания, анализировать время (X-ось) против ЭМГ амплитуды (Y-ось) отношений с линейной регрессии, чтобы определить, наклон линии регрессии значительно (р <0,05) отличается от нуля.
- После выполнения линейной регрессии анализ для всех выходов питания, определить самую высокую мощность с незначимым (р> 0,05) склоне.
- Затем определить лowest мощность со значительным (р <0,05) склоне.
- После того, как эти два выхода питания были выявлены, добавить их и разделить на 2; Полученный выходной мощности оценкам порог усталости ЭМГ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Как показано на рисунке 1, для одного участника, каждый выходной мощности, что завершается имеет шесть точек данных, которые представляют амплитуды ЭМГ для широкой латеральной мышцы. Таким образом, в этом примере, высокая мощность с незначимым (р> 0,05) склона 200 Вт, в то время как низкая мощность со значительным (р <0,05) наклон 225 Вт Таким образом, для данного участника ЭМГ усталость порог 213 Вт После усталость порог ГРП определяется для каждого участника, то выведенный статистика может быть выполнена.
Рисунок 1: Типичные результаты для одного участника. Линейная регрессия была выполнена для амплитуды ЭМГ в зависимости от времени отношений для каждого выхода питания. Выходная мощность, указанную в красной стрелкой (200 Вт) являетсявысокая мощность с незначимым (р> 0,05) склона, в то время как мощность, обозначенную зеленой стрелкой (225 Вт) является низкая мощность со значительным (р <0,05) склоне. Среднее значение этих двух силовых выходов равно 213 Вт, что ЭМГ FT.
Рисунок 2:. Изображение расположение электродов для латеральной широкой мышцы Кроме того, мы предоставили визуальный, когда электроды ЭМГ находятся на прямой мышцы бедра и медиальной широкой мышцы бедра мышцы. Конкретные направления EMG электрода, помещенного можно найти на следующем веб-сайте: http://www.seniam.org.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Мы здесь представляем метод для определения нервно-мышечной усталости в четырехглавой мышцы бедра мышцы для динамического упражнения. Этот метод обеспечивает простой и неинвазивный подход к использованию поверхности ГРП. Кроме того, универсальность этого метода является то, что исследователи могут адаптировать ее к другим видам физических упражнений, таких, как беговой дорожке 20.
Теоретически, для интенсивностей на уровне или ниже порога усталости ЭМГ участник должен быть в состоянии выдержать упражнение workbout бесконечно 12,13. Бриско и др. 8 подтвердили порог усталости EMG для велоэргометрии. На отдельных случаях каждый участник осуществляет на 70%, 100%, и 130% их усталости порога ЭМГ. Авторы обнаружили, что для 70% и 100% от порог усталости участников ЭМГ не увеличились амплитуды ЭМГ в тренажерном нагрузки 8. Для нагрузки на 130% порог усталости ЭМГ, однако, участники выставленызначительное увеличение ЭМГ амплитуды 8. Бриско и др. 8 к выводу, что порог усталости ЭМГ для велоэргометрии был действительным протокол для определения нервно-мышечной усталости во время непрерывного упражнения.
Что касается важных шагов в протоколе и устранения неисправностей учитывать следующее. Если есть слишком много шума в сигнале ЭМГ при выполнении шага 4.1.2, то сначала проверьте соединение между электродами ЭМГ и устройства записи сигнала. Часто, провода EMG не может быть подключен к электроду ЭМГ. Во-вторых, районы, где электроды, помещенные необходимость быть свободным от любых волос и чувствовать себя гладкой на ощупь, а не грубая (т.е. бритья стерни). Поэтому убедитесь, что все волосы тщательно удалены в местах, где будут размещены электрод ЭМГ. Кроме того, важно, чтобы очистить область, как только абразивной завершена. Опять же, цель иметь чистую и гладкую поверхность. В-третьих, йе центр площадью электрода EMG не должна быть сухой и, если так, проводимости использовать гель (например, те, которые используются для ультразвука) в качестве дополнения. Убедитесь, что использовать гель экономно, потому что избыток геля может помешать адгезионной электрода EMG. Взятые вместе, эти элементы являются общими виновниками, которые увеличивают уровень шума в сигнале ЭМГ и, таким образом, загрязняющие данные.
Хотя протокол ЭМГ FT является универсальным есть потенциальные ограничения его применения в клинической практике. Например, некоторые клинические популяции могут не терпит протокол тестирования. То есть, в то время как увеличение нагрузки могут быть изменены (то есть, 5 Вт вместо 25 Вт на стадии) у больных с тяжелой дыхательной и / или сердечной болезни может преждевременно усталость на начальных этапах теста. Еще одна потенциальная ограничением является то, четырехглавой мышцы бедра мышцы все активируется во время велоэргометрии; Однако сигнал ЭМГ записывается только из одного изэти мышцы. На сегодняшний день, исследования не определили EMG FT через три поверхностных четырехглавой мышцы бедра мышцы для велоэргометрии, чтобы определить, есть ли различия между мышцами.
В целом, метод оценки порог усталости EMG из одного теста дополнительных упражнений является полезным инструментом для оценки нервно-мышечной усталости во время выполнения упражнений в динамике. Кроме того, этот тест дает объективный метод определения об эффективности различных мер, которые ослабляют мышечное утомление.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| 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) |
References
- Hendrix, C. R., et al. Comparison of critical force to EMG fatigue thresholds during isometric leg extension. Medicine and science in sports and exercise. 41, 956-964 (2009).
- Herda, T. J., et al. Quantifying the effects of electrode distance from the innervation zone on the electromyographic amplitude versus torque relationships. Physiological measurement. 34, 315-324 (2013).
- Ryan, E. D., et al. Inter-individual variability among the mechanomyographic and electromyographic amplitude and mean power frequency responses during isometric ramp muscle actions. Electromyography and clinical neurophysiology. 47, 161-173 (2007).
- Beck, T. W., et al. The influence of electrode placement over the innervation zone on electromyographic amplitude and mean power frequency versus isokinetic torque relationships. Journal of neuroscience. 162, 72-83 (2007).
- Beck, T. W., Stock, M. S., DeFreitas, J. M. Time-frequency analysis of surface electromyographic signals during fatiguing isokinetic muscle actions. Journal of strength and conditioning research / National Strength, & Conditioning Association. 26, 1904-1914 (2012).
- Evetovich, T. K., et al. Mean power frequency and amplitude of the mechanomyographic signal during maximal eccentric isokinetic muscle actions. Electromyography and clinical neurophysiology. 39, 123-127 (1999).
- Blaesser, R. J., Couls, L. M., Lee, C. F., Zuniga, J. M., Malek, M. H. Comparing EMG amplitude patterns of responses during dynamic exercise: polynomial versus log-transformed regression. Scandinavian journal of medicine, & science in sports. In press, (2015).
- Briscoe, M. J., Forgach, M. S., Trifan, E., Malek, M. H. Validating the EMGFT from a single incremental cycling testing. International journal of sports medicine. 35, 566-570 (2014).
- Zuniga, J. M., et al. Neuromuscular and metabolic comparisons between ramp and step incremental cycle ergometer tests. Muscle. 47, 555-560 (2013).
- Mastalerz, A., Gwarek, L., Sadowski, J., Szczepanski, T. The influence of the run intensity on bioelectrical activity of selected human leg muscles. Acta of bioengineering and biomechanics / Wroclaw University of Technology. 14, 101-107 (2012).
- Basmajian, J. V., De Luca, C. J. Muscles alive, their functions revealed by electromyography. , 5th edn, Williams, & Wilkins. (1985).
- Vries, H. A., Moritani, T., Nagata, A., Magnussen, K. The relation between critical power and neuromuscular fatigue as estimated from electromyographic data. Ergonomics. 25, 783-791 (1982).
- Vries, H. A., et al. A method for estimating physical working capacity at the fatigue threshold (PWCFT). Ergonomics. 30, 1195-1204 (1987).
- Vries, H. A., et al. Factors affecting the estimation of physical working capacity at the fatigue threshold. Ergonomics. 33, 25-33 (1990).
- Astrand, I. The physical work capacity of workers 50-64 years old. Acta physiologica Scandinavica. 42, 73-86 (1958).
- Hettinger, T., Birkhead, N. C., Horvath, S. M., Issekutz, B., Rodahl, K.
- Smith, J. L. International encyclopedia of ergonomics and human factors. Karwowsk, W. , CRC/Taylor, & Francis. (2006).
- Kenny, G. P., Yardley, J. E., Martineau, L., Jay, O. Physical work capacity in older adults: implications for the aging worker. American journal of industrial medicine. 51, 610-625 (2008).
- Matsumoto, T., Ito, K., Moritani, T. The relationship between anaerobic threshold and electromyographic fatigue threshold in college women. European journal of applied physiology. 63, 1-5 (1991).
- Guffey, D. R., Gervasi, B. J., Maes, A. A., Malek, M. H. Estimating electromygraphic and heart rate fatigue threshold from a single treadmill test. Muscle. 46, 577-581 (2012).
- Camic, C. L., et al. The influence of the muscle fiber pennation angle and innervation zone on the identification of neuromuscular fatigue during cycle ergometry. Journal of electromyography and kinesiology : official journal of the International Society of Electrophysiological Kinesiology. 21, 33-40 (2011).
