מאמר שיטה

קביעת סף Electromyographic העייפות בעקבות מבחן תרגיל יחיד בקר

DOI:

10.3791/52729

⸱

27 ביולי 2015

 ,  ,  , 
1Physical Therapy Program and Integrative Physiology of Exercise Laboratory, Department of Health Care Sciences, Wayne State University, 2Sports Medicine and Physical Therapy, MEDSPORT, University of Michigan Health System, 3Department of Kinesiology, California State University, Fullerton

במאמר זה

סיכום

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

פרוטוקול זה מתאר את סף העייפות האלקטרומיוגרפית התוחם בין עומסי עבודה לא מעייפים למתישים. מידע זה יכול לשמש לפיתוח תוכנית הכשרה אישית יותר.

תקציר

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

באופן תיאורטי, את סף עייפות electromyographic (EMG) היא עצימות האימון אישי יכול לשמור לזמן בלתי מוגבל ללא הצורך לגייס יותר יחידות מוטוריות אשר מזוהה עם עלייה במשרעת EMG. למרות שפרוטוקולים שונים שימשו כדי להעריך את סף עייפות EMG הם דורשים ביקורים מרובים שהם לא מעשיים להגדרה קלינית. כאן, אנו מציגים פרוטוקול להערכת סף עייפות EMG לergometry מחזור המחייב ביקור אחד. פרוטוקול זה הוא פשוט, נוח, ויושלם בתוך 15-20 דקות, ולכן, יש לו הפוטנציאל להיות מתורגם לכלי שרופאים יכולים להשתמש במרשם פעילות גופני.

מבוא

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

electromyography המשטח (EMG) הוא גישה לא פולשנית של לימוד גיוס מנוע יחידה במהלך 1-3 איזומטרי, 4-6 isokinetic, או פעולת 7-10 שרירים מתמשכים. המשרעת של אות EMG מייצגת הפעלת שרירים אשר מורכבת ממספר היחידות המוטוריות מופעל, קצב הירי של היחידות המוטוריות, או שניהם 11. הרעיון של סף עייפות EMG משמש כדי לציין את עומס העבודה הגבוהה ביותר שבו אדם יכול לממש ללא הגבלת זמן, ללא עלייה במשרעת EMG 8.

חשוב דיון בקצרה את מקורו של סף עייפות EMG. המחקר המקורי על ידי דוורייז et al. 12 מעורב פרוטוקול שכלל מספר רב של (בדרך כלל 3 עד 4) התקפים רציפים עבודה, שבו משרעת EMG הייתה להתוות לעומת זמן עבור כל התקף עבודה. תפוקת החשמל הייתה אז זממה לעומת מקדמי מדרון ממשרעת EMG לעומת רלה הזמן tionship, ולאחר מכן להסיק לאפס מדרון (y ליירט) 12. המחברים 12 במקור נקראים שפרוטוקול כושר העבודה הפיזי על סף העייפות (PWCFT). במחקר אחר, דוורייז et al. 13 משמשים התקפי עבודה רציפים, אך משמשים רגרסיה ליניארית כדי למצוא את תפוקת הכח הראשונה שהסתיימה במדרון משמעותי למשרעת EMG לעומת יחסי זמן. המחברים 13 המכונים גם שהפרוטוקול PWCFT, יצירת בלבול בספרות. במאמר הבא, דוורייז et al. 14 שינוי הפרוטוקול הקודם שלהם 13 ופיתחו פרוטוקול מצטבר רציף. משרעת EMG הייתה זממה נגד זמן לכל תפוקת כוח וPWCFT הוגדר כממוצע של תפוקת החשמל הגבוהה ביותר שלא גרם לשינוי במשרעת EMG לאורך זמן ותפוקת החשמל הנמוך ביותר שהביאה לגידול במשרעת EMG לאורך זמן 14 .

אף אוזן גרון "> יש לציין כי המונח PWC הוצג במקור בסוף 1950 15,16 והוא שם נרדף לשפע של ספרות (בעבר, ועל פני הווה מדינות שונות) בוחן את היכולת אירובית בעומס נתון 17. יתר על כן, הוא השתמש במונח בספרות ארגונומי והתעשייתי המתמקדת הפרודוקטיביות היום-היום של עובדי ביצוע פעולה חוזרת ונשנית במהלך ימי עבודה 8 שעות ביממה על כגון אנשים במפעל הרכבה 18.

סף עייפות EMG הטווח שימש בתחילה על ידי מאטסומוטו ועמיתים 19 אחרי שהם שינו את פרוטוקול דוורייז 12 שבו תפוקת החשמל לעומת מקדמי שיפוע של משרעת EMG לעומת יחסי זמן הם זממו ולהסיק לנקודת אפס מדרון. לאחרונה, Guffey et al. 20 וריסקו et al. 8 השתמשו בשיטה של דוורייז et al. 14 והטרמינולוגיה של מאטסומוטו ואחl. 19 להגדיר מבצעי סף עייפות EMG. במבט קדימה, אנו ממליצים להשתמש בסף עייפות EMG הטווח. לפיכך, משרעת EMG לעומת יחסי זמן הוא להתוות עבור כל פלט כוח ולאחר מכן נותח באמצעות ניתוחי רגרסיה ליניארית (איור 1). כדי להעריך את סף עייפות EMG, תפוקת החשמל הגבוהה ביותר עם ​​(P> 0.05) מדרון שאינו משמעותי ותפוקת החשמל הנמוכה ביותר עם ​​משמעותי (p <0.05) מדרון מזוהה ולאחר מכן הממוצע מחושב 14. פרוטוקול זה הוא פשוט, נוח, ויושלם תוך 15-20 דקות. יתר על כן, השיעור המצטבר יכול להיות מווסת המבוסס על הרמה של הפרט של פעילות גופנית רגילה, ולכן יש פוטנציאל יישומים בהגדרות קליניות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

כל ההליכים אושרו על ידי אוניברסיטת Institutional Review Board לבני אדם.

1. הכנת הרגל של המשתתף

  1. יש לי המשתתף בצורה מסודרת להפשיל המכנסיים הקצרים שלהם לרגל הרצויה. אז הדבק את מכנסים כדי שהשריר הארבע ראשי femoris קבוצת שרירים חשופה ולצייר קו מסביב לאזור המשתתף צריך לגלח.
  2. חשוב: יש לי המשתתף לגלח את רגליהם לפני הבדיקה ולא היום קודם לכן כזה מבטיח שאין stubbles שעלול להפריע לאות EMG.
  3. ברגע שהמשתתף סיים גילוח האזור הרצוי של הרגל, לנקות את האזור המגולח עם אלכוהול לחיטוי כדי להבטיח שאין שאריות של ג'ל הגילוח (או שמנת) שיכול להפריע לאות EMG.

2. מדידה של רגל למיקום האלקטרודה

  1. על מנת למקם את האלקטרודה EMG על vastus lateralis שריר, להפיק את FOמדידות llowing
    1. יש לי המשתתף לעמוד ישר מול החוקר.
    2. אתר spina הקדמי iliaca מעולה (ASIS) והצד הלטרלי של פיקת הברך. ASIS הוא עצם הירך; למשש אותו על ידי הנחת היד על כל צד של הבטן מתחת לטבור.
    3. עם סרט מדידה, למדוד את המרחק בין שני המקומות שצוינו לעיל ולקחת 2/3 מערך שעל הקו מASIS לצד לרוחב של הפיקה. הערה: ניתן למצוא מידע נוסף לגבי מיקום של אלקטרודות EMG על SENIAM (Electromyography שטחי להערכה לא פולשנית של שרירים) כתובת אתר: http://www.seniam.org/

3. מיקום של אלקטרודות EMG

  1. לאחר המיקום של lateralis vastus זוהה, לקחת את האלקטרודות EMG (רוב החוקרים להשתמש אלקטרודות Ag-Ag Cl זמינים מסחרי חד פעמיות) ומקום מעל lateralis vastus מבלי להסיר את הדבק shield. אז עם עט סמן את השטח שבו חלק ג 'של האלקטרודה יוצר קשר עם השרירים. ודא שהמרחק interelectrode הוא 20 מ"מ מרכז למרכז.
  2. השתמש חתיכה של נייר זכוכית (60 גס) ללשפשף בעדינות שני אזורים אלה כדי להסיר את השכבה השטחית של העור. במהלך תקופה זו, לשאול את המשתתף רמתם של אי נוחות. תפסיק abrading כאשר המשתתף מציין את האזור הוא חם.
  3. נקה את האזורים משופשפים במגבת שהורטבה באלכוהול לחיטוי או ספוגית אלכוהול. הרשה האזור ברגל לייבוש לפני הנחת אלקטרודות EMG.
  4. הנח את האלקטרודות EMG על האתרים שהיו משופשפים (איור 2). שים לב שלא להניח את האלקטרודות על להקת Iliotibial (להקת IT). שאל את המשתתף לכווץ את השרירים הארבע ראשי femoris כדי למשש את lateralis vastus. הנח את האלקטרודות על השריר כדי להבטיח שהוא לא בלהקת ה- IT. הערה: אם את האלקטרודות על להקת IT, wou אות EMGלהיות לח LD כאשר המשתתף מתבקש מקסימאלי חוזה.
  5. מניחים את האלקטרודה ההתייחסות (3 rd אלקטרודה) באתר מצורף בוני כגון ASIS כך לא מפריע לתנועה של הגפיים התחתונים במהלך התקף התרגיל.

4. בדיקת האיתותים EMG

  1. לפני תחילת הבדיקה הגופנית, לבדוק את עכבת interelectrode.
    הערה: שלב זה הוא קריטי, כי אם האות יש יותר מדי רעש אז נתוני EMG שנאספו במהלך הבדיקה הגופנית יהיו לא חוקיים.
    1. יש לי המשתתף יושב בכיסא ולחבר את EMG מוביל לאלקטרודות המיוחסים להם מחוברות לרגלו של המשתתף.
    2. בשלב זה, יש לי המשתתף להירגע רגלם, שאין לו מתח בשריר. ואז אחרי כ -30 שניות של רגיעה, יש לי המשתתף מקסימאלי חוזה שריר ירכם שרירי femoris במשך 5 שניות ואז לחזור להיות רגוע לחלוטין.
    3. בעת ביצוע המשימהבוב (צעד 4.1.2), להקליט משתתפי אות EMG במחשב.
    4. ודא שעכבת interelectrode היא <2,000 אוהם. יתר על כן, אם מד מתח זמין במעבדה, ואז לבדוק את רעש תחילת המחקר ולשמור מתחת ל -5 μV. בנוסף, נקבע בתדר הדגימה 1000 הרץ.

5. הגדרה-עד ergometer מחזור

  1. לאחר בדיקת עכבת interelectrode, יש מהלך המשתתף מהכיסא לergometer מחזור.
  2. יש לי המשתתף לעמוד ליד ergometer מחזור ולהעלות את הברך שלהם עד הירך מקבילה עם הקרקע. אז יש לי המשתתף להחזיק בעמדה זו ולהתאים את גובה המושב כך שיתאים לאותו גובה כמו הירך של המשתתף.
  3. לאחר מכן, יש לי המשתתף יושב על מושב ergometer מחזור ולאחר מכן לדווש כמה פעמים תוך שהוא שואל אותם אם הם חשים בנוחים עם גובה המושב. במידת הצורך, להתאים את גובה המושב.
  4. ודא thaלא הרגליים של המשתתף הן הרחבה מלאה ליד עם עיקול קל (~ 5 מעלות) בברכיים במהלך כל מהפכה דוושה.
  5. לפני שמתחיל את הבדיקה, יש לי המשתתף ללבוש צג קצב לב קוטבי, כך שקצב לב יכול להיות מתועד לאורך כל הבדיקה הגופנית.

6. ביצוע פרוטוקול סף EMG העייפות

  1. יש לי המשתתף להתחיל רכיבה על אופניים ובהדרגה להגדיל את קצבם למהפכות 70 / דקה. לאחר מכן להגדיל את תפוקת החשמל על ergometer מחזור 50 W.
  2. יש לי מחזור המשתתף בתפוקת כוח זה לכ 2-3 דקות.
    הערה: זה הוא פעילות גופנית בעצימות נמוכה וישמש כחימום.
  3. לאחר תקופת החימום, להגדיל את תפוקת החשמל של 25 וואט כל 2 דקות עד שהמשתתף הוא כבר לא מסוגל לשמור על 70 מהפכות / מקצב דקות או בקשות שהבדיקה להיפסק.
    הערה: יש לציין כי במהלך הבדיקה הגופנית, אות EMG נרשמה במשך 10תקופות שניות במהלך כל שלב 2 דקות 10-20 שניות, 30-40, 50-60, 70-80, 90-100, ו110-120 21. רוב מערכות EMG תהיה אפשרות להגדיר את ההקלטה האוטומטית בהפרש הרצוי. כך, לכל שלב צריך להיות 6 קבצי נתונים.
  4. ברגע המבחן מצטבר הגיע למסקנה, שיש לי המשתתף לבצע את מגניב ב 50 W. בדוק שאורכו של להתקרר מתכתב עם בעל תשואת קצב לב של המשתתף לערך במהלך שלב החימום. צג זה על ידי בדיקת קצב הלב של המשתתף משתמש בצג קצב לב הקוטב.
  5. ברגע להתקרר הושלם, להסיר את EMG מוביל ויש לי משתתף הצעד מergometer מחזור ולחזור לכיסא. ואז להסיר בזהירות את האלקטרודות EMG ולנגב את האזורים במגבת נקייה טבולה באלכוהול לחיטוי או ספוגית אלכוהול.

7. עיבוד אותות EMG

  1. לאחר השלימה הבדיקה, פרוסס קבצי נתונים הגולמיים EMG שנאספו במהלך הבדיקה הגופנית, כך שניתן להשתמש בנתונים כדי לקבוע את סף עייפות EMG.
    1. לבצע עיבוד של אותות EMG עם או התוכנה המשמשת לאיסוף אותות EMG או תוכנה שנכתבה מותאם אישית באמצעות פלטפורמות שונות כגון MATLAB או LabVIEW.
    2. סנן את אותות EMG שנאספו באמצעות מסנן להקה עוברת. להשתמש בהגדרה של 10 עד 500 הרץ. הערה: זה משנה את התדר של האות כך שחפצי תדירות נמוכים בשל תנועה של מוביל EMG (<10 הרץ), וחפצים בתדירות גבוהה מהסביבה (> 500 הרץ), יוסרו. שימוש במסנן חריץ של 60 הרץ אם יש הפרעה כלשהי מאספקת החשמל של מערכת EMG המחשב או.
    3. ברגע שהאות סוננה, לקבוע את משרעת האות על ידי חישוב השורש מתכוון ערך רבוע של האות: כיכר כל אחת מנקודות נתונים, לסכם אותם, פער במספר נקודות הנתונים, ואז לקחת את השורש הריבועי של הערך וכתוצאה מכך. לבצע חישובים אלה באמצעות התוכנה הנ"ל.

8. קביעת סף EMG עייפות לכל משתתף

  1. בצע את השלבים הבאים לכל משתתף.
    1. לאחר אות EMG כבר מעובד; להשתמש בתכנית סטטיסטית (למשל: GraphPad פריזמה) ותווית עמודה "הזמן" הראשון והעמודות הבאות עם תפוקות הכח המשמשות לבדיקה.
    2. לכל תפוקת חשמל, למלא את הערך משרעת EMG המקביל לכל מרווח 20 שניות.
    3. לכל תפוקת חשמל, לנתח את הזמן (ציר x) לעומת משרעת EMG (ציר y) מערכת יחסים עם רגרסיה ליניארית כדי לקבוע אם השיפוע של הקו הרגרסיה הוא באופן משמעותי (p <0.05) שונה מאפס.
    4. לאחר ביצוע ניתוחי רגרסיה ליניארית לכל הספקים, לזהות את תפוקת החשמל הגבוהה ביותר עם ​​שיפוע שאינו מובהק (p> 0.05).
    5. לאחר מכן לזהות lתפוקת חשמל owest עם שיפוע משמעותי (p <0.05).
    6. ברגע ששתי יציאות כוח אלה זוהו, להוסיף אותם ולחלק ב -2; תפוקת החשמל כתוצאה היא סף עייפות EMG המשוער.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

כפי שניתן לראות באיור 1, למשתתף יחיד, לכל תפוקה חשמל שהושלמה שש נקודות נתונים שמייצגות את המשרעת EMG לvastus lateralis שריר. לכן, בדוגמא זו, את כוח התפוקה הגבוהה ביותר עם ​​לא-מובהק (p> 0.05) מדרון היא 200 ואט, ואילו תפוקת החשמל הנמוכה ביותר עם ​​משמעותי (p <0.05) מדרון הוא 225 W. לכן, למשתתף זה EMG סף עייפות הוא 213 W. ברגע סף עייפות EMG נקבע לכל משתתף ואז ניתן לבצע סטטיסטיקה היסקית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

אנחנו כאן מציגים שיטה לקביעת עייפות עצבית-שרירית בשריר הארבע ראשי femoris שרירים לפעילות גופנית דינמית. שיטה זו מספקת גישה פשוטה ולא פולשנית לבאמצעות EMG פני השטח. יתר על כן, את הרבגוניות של שיטה זו היא שחוקרים יכולים להתאים אותה למצבים אחרים של פעילות גופנית כגון הליכון 20.

באופן תיאורטי, לעוצמות באו מתחת לסף עייפות EMG המשתתף צריך להיות מסוגל לקיים את תרגיל workbout ללא הגבלת זמן 12,13. בר...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

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

פרויקט זה מומן, בין השאר, על ידי קרנות סטארט-אפ מאוניברסיטת וויין סטייט ועד מ.ה. מאלק.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
839 E ארגומטר מחזור מונרק Monark Exercise AB839 E
מוניטור דופקמחשב נייד PolarPolar H1
Inspironמשתנהכל מחשב נייד עם חריצי USB אמור לעבוד.
מגברי EMGBioPac Systems, Inc.100B100C הן הגרסה העדכנית ביותר
של אלקטרודות EMG חד פעמיותBioPac Systems, Inc.EL-500
נייר זכוכיתהום דיפו9 אינץ' x 11 אינץ' 60 אחיזת אחיזה ללא החלקה של מסלול חצץ נייר זכוכית מתקדם (3 חבילות)
Dell

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Zuniga, J. M., et al. Neuromuscular and metabolic comparisons between ramp and step incremental cycle ergometer tests. Muscle. 47, 555-560 (2013).
  10. 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).
  11. Basmajian, J. V., De Luca, C. J. Muscles alive, their functions revealed by electromyography. , 5th edn, Williams, & Wilkins. (1985).
  12. 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).
  13. Vries, H. A., et al. A method for estimating physical working capacity at the fatigue threshold (PWCFT). Ergonomics. 30, 1195-1204 (1987).
  14. Vries, H. A., et al. Factors affecting the estimation of physical working capacity at the fatigue threshold. Ergonomics. 33, 25-33 (1990).
  15. Astrand, I. The physical work capacity of workers 50-64 years old. Acta physiologica Scandinavica. 42, 73-86 (1958).
  16. Hettinger, T., Birkhead, N. C., Horvath, S. M., Issekutz, B., Rodahl, K. Assessment of physical work capacity. Journal of Applied Physiology. 16, 153-156 (1961).
  17. Smith, J. L. International encyclopedia of ergonomics and human factors. Karwowsk, W. , CRC/Taylor, & Francis. (2006).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

EMGEMG

מאמרים קשורים