Abstract
Théoriquement, l'électromyographie (EMG) seuil de fatigue est l'intensité de l'exercice un individu peut maintenir indéfiniment sans la nécessité de recruter davantage d'unités de moteur qui est associée à une augmentation de l'amplitude EMG. Bien que différents protocoles ont été utilisées pour estimer le seuil de fatigue EMG ils nécessitent plusieurs visites qui ne sont pas pratiques pour un environnement clinique. Ici, nous présentons un protocole pour estimer le seuil de fatigue EMG pour ergocycle qui nécessite une seule visite. Ce protocole est simple, pratique, et achevé dans 15-20 min, par conséquent, a le potentiel pour être traduit en un outil que les cliniciens peuvent utiliser dans la prescription d'exercice.
Introduction
L'électromyographie de surface (EMG) est une approche non invasive d'étudier le recrutement de moteur de l'appareil pendant 1-3 isométrique, isocinétique 4-6, ou continue l'action 7-10 musculaire. L'amplitude du signal EMG représente l'activation des muscles qui se compose du nombre d'unités motrices est activé, la vitesse de l'unité de mise à feu du moteur, ou les deux 11. Le concept du seuil de fatigue EMG est utilisé pour indiquer la plus haute charge de travail dans laquelle un individu peut exercer indéfiniment sans une augmentation de l'amplitude EMG 8.
Il est important de discussion brièvement l'origine du seuil de fatigue EMG. L'étude originale de Vries et al. 12 impliqué un protocole qui est composée de multiples (généralement 3 à 4) matchs de travail discontinus, où l'amplitude EMG a été tracée en fonction du temps pour chaque combat de travail. La puissance de sortie est ensuite tracée en fonction des coefficients de pente de l'amplitude EMG par rapport rela temps rela-, et extrapolée à zéro pente (l'ordonnée à l'origine) 12. Les auteurs 12 initialement appelés ce protocole la capacité de travail physique sur le seuil de la fatigue (PWCFT). Dans une autre étude, de Vries et al. 13 utilisé épisodes de travail discontinus, mais utilisé la régression linéaire pour trouver la première puissance de sortie qui a abouti à une pente importante pour l'amplitude EMG par rapport relation de temps. Les auteurs 13 aussi appelés ce protocole le PWCFT, créant une certaine confusion dans la littérature. Dans un article ultérieur, DeVries et al. 14 modifié leur protocole antérieur 13 et a développé un protocole incrémentale continue. L'amplitude EMG a été tracée en fonction du temps pour chaque puissance du moteur et la PWCFT a été définie comme étant la moyenne de la puissance de sortie la plus élevée qui a donné lieu à aucun changement dans EMG amplitude au fil du temps et la puissance de sortie la plus faible qui a abouti à une augmentation de l'amplitude au cours du temps EMG 14 .
ent "> Il convient de noter que le terme PWC a été initialement introduit dans la fin des années 1950 15,16 et est synonyme avec une pléthore de littérature (passé, présent, et entre les différents pays) d'examiner la capacité aérobie à une charge de travail donnée 17. En outre, le terme est utilisé dans la littérature ergonomique et industrielle qui se concentrent sur la productivité des travailleurs effectuant action répétitive pendant les jours de travail de 8 heures de jour en jour comme les personnes dans une usine d'assemblage 18.Le seuil de la fatigue de l'EMG terme a d'abord été utilisé par Matsumoto et ses collègues 19 après avoir modifié le 12 deVries protocole où la puissance de sortie par rapport coefficients de l'amplitude EMG par rapport relation de temps de pente sont tracées et extrapolée au point de pente nulle. Plus récemment, Guffey et al. 20 et Briscoe et al. 8 utilise la méthode de Vries et al. 14 et la terminologie de Matsumoto et unl. 19 pour définir opérationnellement le seuil de fatigue EMG. Aller de l'avant, nous recommandons que le terme seuil de fatigue EMG être utilisé. Ainsi, l'amplitude EMG par rapport à la relation de temps est tracée pour chaque puissance du moteur, puis analysée en utilisant des analyses de régression linéaire (figure 1). Pour estimer le seuil de fatigue EMG, la puissance de sortie la plus élevée avec un (p> 0,05) pente non significative et la plus faible puissance de sortie avec une réduction significative (p <0,05) la pente est identifié et ensuite la 14 moyenne est calculée. Ce protocole est simple, pratique, et achevé dans 15-20 min. En outre, le taux d'augmentation peut être modulé en fonction du niveau d'activité physique habituelle de l'individu, et a donc des applications potentielles dans les milieux cliniques.
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Protocol
Toutes les procédures ont été approuvées par l'Institutional Review Board de l'Université pour des sujets humains.
1. Préparation de la jambe du participant
- Vous avez parfaitement le participant retrousser leurs shorts pour la jambe souhaitée. Puis collez-le short de sorte que les quadriceps fémoral groupe musculaire est exposée et tracer une ligne autour de la zone le participant a besoin de se raser.
- IMPORTANT: Vous avez le participant raser leur jambe avant le test plutôt que le jour précédent, ce qui assure qu'il n'y a pas chaumes qui peuvent interférer avec le signal EMG.
- Une fois que le participant a terminé le rasage de la zone souhaitée de la jambe, nettoyer la zone rasée avec alcool à friction pour assurer qu'il n'y a pas de restes de gel de rasage (ou crème) qui peuvent interférer avec le signal EMG.
2. Mesure de la jambe pour le placement des électrodes
- Afin de placer l'électrode EMG sur le muscle vaste externe, faire de la foLes mesures de llowing
- Demandez au participant de se tenir droit face le chercheur.
- Localisez le spina antérieure iliaca supérieure (ASIS) et le côté latéral de la rotule. L'ASIS est l'os de la hanche; palper en plaçant la main de chaque côté de l'abdomen dessous de l'ombilic.
- Avec un ruban à mesurer, mesurer la distance entre les deux endroits identifiés ci-dessus et de prendre 2/3 de cette valeur sur la ligne de l'ASIS pour le côté latéral de la rotule. Remarque: Pour plus d'informations concernant le placement des électrodes EMG peut être trouvé sur le SENIAM (en électromyographie de surface pour l'évaluation non invasive des muscles) URL: http://www.seniam.org/
3. placement des électrodes EMG
- Après l'emplacement du vaste externe a été identifié, prendre les électrodes EMG (la plupart des chercheurs utilisent des électrodes jetables disponibles dans le commerce Ag-Ag Cl) et le lieu plus vaste externe sans enlever le sh adhésifield. Ensuite, avec un stylo marquer la zone où la partie de gel de l'électrode entre en contact avec le muscle. Assurez-vous que la distance inter-est de 20 mm de centre à centre.
- Utilisez un morceau de papier de verre (60 grossière) pour roder doucement ces deux domaines pour enlever la couche superficielle de la peau. Pendant ce temps, demander au participant de leur niveau d'inconfort. Arrêtez abrasion lorsque le participant indique la zone est chaude.
- Nettoyez les zones abrasées avec une serviette qui est imbibé d'alcool ou un tampon imbibé d'alcool à friction. Laisser la région sur la jambe de sécher avant de placer les électrodes EMG.
- Placer les électrodes EMG sur les sites qui ont été abrasée (figure 2). Prenez soin de ne pas placer les électrodes sur la bandelette de Maissiat (bande IT). Demandez au participant de contracter les muscles de quadriceps afin de palper le vaste externe. Placer les électrodes sur le muscle pour assurer qu'il ne figure pas sur la bande de l'information. Remarque: Si les électrodes sur la bande informatique, le signal EMG would être freinée lorsque le participant est invité à maximum contrat.
- Placez l'électrode de référence (3 e de l'électrode) sur un site de fixation de Boney comme l'ASIS donc pas interférer avec le mouvement des membres inférieurs au cours de la séance d'exercice.
4. Vérification du signal EMG
- Avant de commencer le test d'exercice, vérifiez l'impédance inter.
Remarque: Cette étape est essentielle car si le signal a trop de bruit, alors les données EMG réunies lors du test d'exercice seront invalides.- Demandez le participant assis dans un fauteuil et brancher le EMG conduit à leurs électrodes respectives attachées à la jambe du participant.
- À ce stade, ont le participant se détendre leur jambe, ayant aucune tension dans le muscle. Puis, après environ 30 secondes de détente, ont le participant contracter au maximum leurs muscles quadriceps fémoral pendant 5 secondes, puis revenir à étant complètement détendu.
- Lors de l'exécution de la tâche d'unBove (étape 4.1.2), enregistrer la participants de signal EMG sur l'ordinateur.
- Assurez-vous que l'impédance inter est <2.000 ohms. En outre, si un voltmètre est disponible dans le laboratoire, puis vérifier le bruit de fond et de garder en dessous de 5 mV. En outre, régler la fréquence d'échantillonnage à 1000 Hz.
5. Mise en place du cycle ergomètre
- Après avoir vérifié l'impédance inter, avoir le déménagement des participants de la chaise à l'ergomètre.
- Demandez le participant debout à côté de l'ergomètre et augmenter leur genou jusqu'à la cuisse est parallèle au sol. Puis ont le participant maintenez cette position et d'ajuster la hauteur du siège pour correspondre à la même hauteur que la cuisse du participant.
- Par la suite, ont le participant assis sur le siège de bicyclette ergométrique puis pédaler à quelques reprises tout en leur demandant si elles sont à l'aise avec la hauteur du siège. Si nécessaire, ajuster la hauteur du siège.
- Assurez-that les jambes des participants sont l'extension presque plein avec une légère courbure (~ 5 °) dans les genoux pendant chaque tour de pédale.
- Avant de commencer le test, ont le participant de porter un moniteur de fréquence cardiaque Polar sorte que la fréquence cardiaque peut être documenté tout au long du test d'effort.
6. Effectuer le Protocole de seuil EMG Fatigue
- Demandez le participant démarre le cyclisme et progressivement augmenter leur cadence à 70 tours / min. Puis augmenter la puissance de sortie sur la bicyclette ergométrique à 50 W.
- Avoir le cycle de participant à ce puissance pendant environ 2-3 min.
Note: Ceci est un exercice de faible intensité et servira le warm-up. - Après la période d'échauffement, augmenter la puissance de sortie de 25 W toutes les 2 min jusqu'à ce que le participant est plus en mesure de maintenir le 70 tours / min cadence ou demande que l'interruption du test.
Remarque: Il est à noter que lors de l'essai de l'exercice, le signal EMG est enregistrée pour 10époques sec pendant chaque étape de 2 min pour sec 10-20, 30-40, 50-60, 70-80, 90-100, 110-120 et 21. La plupart des systèmes EMG auront une option pour définir l'enregistrement automatique à l'intervalle souhaité. Ainsi, pour chaque phase il devrait y avoir six fichiers de données. - Une fois le test supplémentaire a conclu, avoir le participant effectuer un refroidissement à 50 W. Vérifiez que la longueur du refroidissement correspond avoir le retour de la fréquence cardiaque du participant à la valeur au cours de la phase d'échauffement. Surveiller en vérifiant le rythme cardiaque du participant utilisant le cardiofréquencemètre polaire.
- Une fois que le refroidissement est terminé, retirez la EMG et ont conduit le participant descendez l'ergomètre de cycle et revenir à la chaise. Puis retirez délicatement les électrodes EMG et essuyez les zones avec une serviette propre humidifié avec de l'alcool ou un tampon imbibé d'alcool à friction.
7. Traitement du Signal EMG
- Après le test est terminé, proCESS les fichiers de données EMG premières qui ont été recueillies au cours de l'épreuve d'effort de sorte que les données peuvent être utilisées pour déterminer le seuil de fatigue EMG.
- Effectuer un traitement du signal EMG avec soit le logiciel utilisé pour recueillir le signal EMG ou un logiciel personnalisé écrit en utilisant différentes plates-formes telles que MATLAB ou LabVIEW.
- Filtrer les signaux EMG recueillies en utilisant un filtre passe-bande. Utilisez un réglage de 10 à 500 Hz. Remarque: Cette modifie la fréquence du signal de sorte que les artefacts de fréquences basses dues au mouvement des fils EMG (<10 Hz), et les artefacts haute fréquence à partir de l'environnement (> 500 Hz), sont supprimés. Utilisez un filtre coupe-bande de 60 Hz si il n'y a aucune interférence de l'alimentation de l'ordinateur ou le système EMG.
- Une fois que le signal a été filtré, de déterminer l'amplitude du signal en calculant la valeur quadratique moyenne du signal: la place de chacun des points de données, de les additionner, diviser par le nombre de points de données, puis prendre la racine carrée de la valeur résultante. Effectuer ces calculs en utilisant le logiciel mentionné ci-dessus.
8. Déterminer le seuil EMG de fatigue pour chaque participant
- Effectuez les étapes suivantes pour chaque participant.
- Après le signal EMG a été traitée; utiliser un programme statistique (par exemple: GraphPad Prism) et étiqueter la première colonne "Time" et les colonnes suivantes avec les sorties de puissance utilisés pour le test.
- Pour chaque puissance, remplissez-en la valeur d'amplitude correspondante EMG pour chaque intervalle de 20 secondes.
- Pour chaque puissance, analyser le temps (axe des x) en fonction de l'amplitude EMG (axe des y) en relation de régression linéaire pour déterminer si la pente de la droite de régression est significative (p <0,05) différent de zéro.
- Après avoir effectué les analyses de la régression linéaire pour toutes les sorties de puissance, identifier la puissance de sortie la plus élevée avec une pente non significatif (p> 0,05).
- Ensuite, identifier la ldois-puissance du moteur avec une pente significative (p <0,05).
- Une fois ces deux niveaux de puissance ont été identifiés, ajoutez-les et divisez par 2; la puissance de sortie résultante est le seuil de fatigue EMG approximative.
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Representative Results
Comme le montre la Figure 1, pour un seul participant, chaque puissance du moteur qui est complétée comporte six points de données qui représentent l'amplitude EMG pour le muscle vaste externe. Par conséquent, dans cet exemple, la puissance de sortie la plus élevée avec un non-significative (p> 0,05) est incliné 200 watts, tandis que la plus faible puissance de sortie avec une réduction significative (p <0,05) est incliné 225 W. Par conséquent, pour ce participant l'EMG seuil de fatigue est de 213 W. Une fois le seuil de fatigue EMG est déterminé pour chaque participant a ensuite statistiques déductives peuvent être effectuées.
Figure 1: Les résultats représentatifs pour un seul participant. La régression linéaire a été effectuée pour l'amplitude EMG par rapport à la relation de temps pour chaque puissance du moteur. La puissance de sortie indiquée par la flèche rouge (200 W) est laSortie puissance le plus élevé avec une pente non significatif (p> 0,05), tandis que la puissance de sortie indiquée par la flèche verte (225 W) est la plus faible puissance de sortie avec un (p <0,05) la pente significative. La moyenne de ces deux sorties de puissance égale 213 W, qui est l'EMG FT.
Figure 2:. Représentation de l'agencement d'électrodes pour le muscle vaste externe En outre, nous avons fourni un visuel de l'endroit où les électrodes EMG sont placés pour le droit antérieur et vastus medialis muscles. Des instructions spécifiques pour électrode EMG placé peuvent être trouvés sur le site Web suivant: http://www.seniam.org.
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Discussion
Nous présentons ici une méthode pour déterminer la fatigue neuromusculaire dans les muscles quadriceps d'exercice dynamique. Cette méthode offre une approche simple et non invasive à l'aide de l'EMG de surface. En outre, la polyvalence de cette méthode est que les chercheurs puissent l'adapter à d'autres modes d'exercice comme le tapis roulant 20.
Théoriquement, pour des intensités égales ou inférieures au seuil de fatigue EMG le participant doit être en mesure de soutenir l'exercice workbout indéfiniment 12,13. Briscoe et al. 8 validé le seuil de fatigue EMG pour ergocycle. À des occasions distinctes chaque participant exercé à 70%, 100% et 130% de leur seuil de fatigue EMG. Les auteurs ont constaté que, pour 70% et 100% des participants de seuil de fatigue EMG n'a pas avoir augmenté EMG amplitude pendant la charge de travail de l'exercice 8. Cependant, pour la charge de travail à 130% de EMG seuil de fatigue, les participants présentaient uneaugmentation significative de l'amplitude EMG 8. Briscoe et al. 8 a conclu que le seuil de fatigue EMG pour ergocycle était un protocole valide pour déterminer la fatigue neuromusculaire pendant l'exercice continu.
En ce qui concerne les étapes critiques dans le protocole et le dépannage considérer ce qui suit. Si il ya trop de bruit dans le signal EMG lors de l'exécution étape 4.1.2 puis vérifiez d'abord la connexion entre les électrodes EMG et le dispositif d'enregistrement du signal. Souvent, les conducteurs EMG ne peuvent pas être correctement connectés à l'électrode EMG. Deuxièmement, les zones où les électrodes sont placées doivent être libres de tout poil et se sentent en douceur au toucher plutôt que bruts (c.-à-chaumes rasage). Par conséquent, assurez-vous que tous les cheveux sont soigneusement enlevé dans des endroits où l'électrode EMG sera placé. En outre, il est important de nettoyer la surface une fois que le abrasion est terminé. Encore une fois, l'objectif est d'avoir une surface propre et lisse. Troisièmement, ecentre e surface de l'électrode EMG doit pas être sec et si oui utiliser un gel de conductance (tels que ceux utilisés pour les ultrasons) comme un complément. Assurez-vous d'utiliser le gel avec parcimonie, car l'excès de gel peut interférer avec l'adhérence de l'électrode EMG. Pris ensemble, ces éléments sont coupables communs qui augmentent le bruit dans le signal EMG et contaminantes ainsi les données.
Bien que le protocole EMG FT est polyvalent, il ya des limites potentielles à son application dans un contexte clinique. Par exemple, certaines populations cliniques peuvent ne pas tolérer le protocole d'essai. Autrement dit, alors que l'augmentation de la charge de travail peut être modifiée (par exemple, 5 W au lieu de 25 W par étage) patients avec respiratoire sévère et / ou les maladies cardiaques peut prématurément la fatigue pendant les étapes initiales de l'essai. Une autre limite potentielle est que les quadriceps fémoral muscles sont tous activés pendant l'ergométrie du cycle; toutefois, le signal d'EMG est enregistrée à partir de seulement l'un desces muscles. À ce jour, aucune étude n'a déterminé l'EMG FT dans les trois quadriceps fémoral muscles superficiels pour ergométrie du cycle afin de déterminer si il ya des différences entre les muscles.
En résumé, la méthode d'estimation du seuil de fatigue EMG à partir d'un simple test d'effort supplémentaire est un outil utile pour évaluer la fatigue neuromusculaire pendant l'exercice dynamique. En outre, ce test fournit une méthode objective de déterminer de l'efficacité des différentes interventions qui atténuent la fatigue musculaire.
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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) |
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