Abstract
理論的には、筋電（EMG）疲労閾値は、個人がEMGの振幅の増加に関連付けられている複数のモータユニットを補充することなく、無期限に維持することができる運動強度です。異なるプロトコルは、EMG疲労閾値を推定するために使用されてきたが、それらは、臨床設定では非実用的である複数の訪問を必要とします。ここでは、単一の訪問を必要とするサイクルエルゴメータ運動負荷試験法のためのEMG疲労閾値を推定するためのプロトコルを提示します。このプロトコルは、したがって、臨床医は運動処方に使用できるツールに翻訳される可能性を持っている、シンプルで便利で15〜20分以内で完了です。
Introduction
表面筋電図（EMG）は、等角投影1-3時のモータユニットの動員、等速4-6、または連続7-10筋活動を研究する非侵襲的なアプローチです。 EMG信号の振幅は、活性運動単位の数は、モータユニットの発射速度、または両方の11から構成され、筋肉の活性化を表します。 EMG疲労閾値の概念は、個人がEMG振幅8を増加させることなく無制限に運動可能な最高の負荷を示すために使用されます。
これは、EMGの疲労閾値の起源について簡単に議論することが重要です。デブリーズら 12による最初の研究は、EMGの振幅が各作業の試合のための時間に対してプロットした（通常は3から4）不連続な作業の試合、複数から構成されたプロトコルを関与しました。電力出力は、その後、時間RELA対EMG振幅の傾き係数に対してプロットしましたシップ、およびゼロスロープ（y切片）12に外挿し。著者ら12はもともと、そのプロトコルに疲労閾値（PWCFT）での物理的な作業能力と呼ばれます。別の研究では、デブリーズら 13は、不連続作業発作を使用しますが、時間の関係に対するEMG振幅に大きな傾きが生じた第1の電力出力を見つけるために線形回帰を使用していました。著者ら13は 、文献にもいくつかの混乱を作成し、そのプロトコルPWCFTと呼ばれます。その後の記事では、デブリーズら 14は、それらの以前のプロトコル13を修正し、継続的な増分のプロトコルを開発しました。 EMG振幅は、各電源出力の時間に対してプロットし、PWCFTは時間をかけてEMG振幅に変化がないと時間14にわたってEMG振幅が増加した最低電力出力が得られた最高の電力出力の平均値として定義しました。
ENTは">これは、PWCは、もともと1950年代後半15,16に導入された用語は、文献の過多（過去、現在、そして様々な国全体で）特定のワークロード17で有酸素能力を調べることと同義であることに留意されたい。また、この用語は、このような組立工場18内の個人として8時間の作業日の間に繰り返し動作を行う労働者の日々の生産性に焦点を当て、人間工学的および工業文献で 使用されています。彼らは時間の関係に対するEMG振幅の傾き係数対パワー出力をプロットし、勾配がゼロに外挿するデブリーズ12プロトコルを変更した後、長期EMG疲労閾値は、最初は松本ら19で使用されていました。さらに最近では、ガフィーら 20とブリスコーら 8デブリーズらの方法を使用していました。14松本らaの用語運用EMG疲労しきい値を定義するには、l。19。今後は、用語EMG疲労閾値を使用することをお勧めします。したがって、時間的関係に対するEMG振幅は各電力出力に対してプロットし、線形回帰分析（ 図1）を用いて分析しました。 EMG疲労閾値を推定するために、有意な（p <0.05）と有意でない（p> 0.05）、傾きおよび最低電力出力と最高出力が勾配が同定され、次いで、平均14を算出します。このプロトコルは、シンプル、便利、かつ15〜20分以内で完了です。さらに、増分率は習慣的な身体活動の個々のレベルに基づいて調節することができるので、臨床での潜在的用途を有します。
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Protocol
すべての手順は、ヒト対象のための大学の施設内倫理委員会によって承認されました。
参加者の脚の調製
- 参加者がきちんと目的の脚のために彼らのパンツをロールアップしています。大腿四頭筋は筋群が露出し、参加者が剃る必要のある領域の周りに線を描画されている大腿ように、そしてパンツをテープで固定します。
- 重要：これはEMG信号を妨害する可能性がないstubblesがないことを保証するよう、参加者がテストではなく、前の日の前に自分の足を剃るてもらいます。
- 参加者は、脚の所望の領域を剃る終了すると、EMG信号を妨害することがシェービングジェル（またはクリーム）のない残骸がないことを確認するために消毒用アルコールで剃毛面積を清掃してください。
電極配置のための脚の2測定
- 外側広筋の筋のEMG電極を配置するためには、FOを作りますllowing測定
- 参加者は研究者が直面しているまっすぐに立っています。
- 優れた（ASIS）腸骨前方脊椎と膝蓋骨の側方を探します。 ASISは、股関節の骨です。臍下の腹部の両側に手を置くことによって、それを触診。
- 巻尺を使用すると、上記識別される2つの位置の間の距離を測定し、膝蓋骨の側方へのASISから行にその値の2/3を取ります。注：http://www.seniam.org/：EMG電極の配置に関するさらなる情報は、SENIAM（筋肉の非侵襲的評価のための表面筋電図）URLで見つけることができます
EMG電極の3配置
- 外側広筋の位置が特定された後、接着SHを除去せずに外側広筋上のEMG電極（ほとんどの研究者は、市販の使い捨てのAg-Ag系のCl電極を使用）と起こりますield。そして、ペンで電極のゲル部分は、筋肉と接触する領域をマーク。電極間距離が20mmの中心であることを確認してください。
- 優しく皮膚の表面層を除去するために、この2つの領域を研磨するためにサンドペーパー（60粗い）の一部を使用してください。この間、参加者に不快感のレベルを求めます。参加者は地域が暖かい示すとき研磨を停止します。
- アルコールまたはアルコール綿棒をこすりを浸したタオルで摩耗領域を清掃してください。脚部の面積はEMG電極を配置する前に乾燥することができます。
- （ 図2）研磨されたサイトにEMG電極を配置します。腸脛靱帯（IT帯）に電極を配置しないように注意してください。外側広筋を触診するために、大腿四頭筋を収縮し、参加者を確認して下さい。それはIT帯にされないようにするために、筋肉に電極を配置します。注：ITバンドの電極場合、EMG信号wou参加者が契約を最大限にするように求められたときにLDは減衰させること。
- このようなASISは、このように、運動の試合中に下肢の動きに干渉しないようBONEYの付着部位の基準電極（ 第 3 電極 ）を配置します。
4. EMG信号の確認
- 運動負荷試験を開始する前に、極間インピーダンスを確認してください。
注：信号があまりにも多くのノイズを持っているならば、運動負荷試験中に収集されたEMGデータは無効となりますので、このステップは非常に重要です。- 参加者が椅子に座って、EMGは、参加者の脚部に取り付けられ、それぞれの電極につながる接続しています。
- この時点で、参加者は筋肉には緊張を有していない、彼らの足をリラックスできます。そして緩和の約30秒後に、参加者は最大5秒間その大腿四頭筋を収縮させ、その後、完全にリラックスしているに戻っています。
- タスクAを実行する場合BOVE（ステップ4.1.2）、コンピューター上で参加者EMG信号を記録します。
- 極間インピーダンスが<2,000オームであることを確認してください。電圧計は、実験室で利用可能である場合また、その後、ベースラインノイズをチェックして、5μV以下に保ちます。また、千Hzのサンプリング周波数を設定します。
5.設定アップサイクルエルゴメーター
- 極間インピーダンスを確認した後、サイクルエルゴメーターに椅子からの参加者の動きを持っています。
- 参加者は、サイクルエルゴメーターの隣に立って、太ももが地面と平行になるまで自分の膝を上げています。その後、参加者は、この位置を保持し、参加者の大腿部と同じ高さに合わせて、シートの高さを調整しています。
- その後、参加者は、サイクルエルゴメーター席に座ると、彼らはシートの高さに慣れている場合は、それらを求めながら、数回のペダルがあります。必要に応じて、座面の高さを調整します。
- THAを確認参加者の足T各ペダル回転中に膝のわずかな曲がり（〜5°）との完全な拡張子の近くにあります。
- 心拍数は、運動試験にわたって文書化することができるようにテストを開始する前に、参加者は、極性心拍数モニタを着用しています。
6. EMG疲労しきい値のプロトコルを実行します
- 参加者は、サイクリングを開始し、徐々に/分70回転にそのリズムを増やす必要があります。次に、50 Wにサイクルエルゴメーターの電源出力を増加させます
- 約2〜3分間、このパワー出力で参加者のサイクルを持っています。
注：これは、低強度の運動であり、ウォームアップとして機能します。 - 参加者は、もはや70回転/分のリズムを維持することができるか、試験を中止することを要求するまでのウォームアップ期間の後、毎分2 W 25による電力出力を増加しません。
注：これは、運動試験中に、EMG信号が10のために記録されることに留意されたいです秒秒10-20、30-40、50-60、70-80、90-100のための各2分の段階でエポック、および110〜120 21。ほとんどのEMGシステムは、所望の間隔で自動記録を設定するオプションがあります。このように、各ステージのための6つのデータファイルがあるはずです。 - 増分テストが終了した後、参加者は50 W.でクールダウン実行しているクールの長さダウンがウォームアップフェーズの間に値に参加者の心拍数の戻りを有する対応することを確認してください。極性の心拍数モニターを使用して、参加者の心拍数をチェックして、これを監視します。
- クールダウンが完了すると、EMGリード削除し、参加者が、サイクルエルゴメーターを降りると椅子に戻っています。その後、慎重にEMG電極を除去し、アルコールまたはアルコール綿棒をこすりで湿らせた清潔なタオルでエリアを拭いてください。
7. EMG信号を処理
- テストが完了すると、プロデータはEMG疲労閾値を決定するために使用することができるように運動負荷試験中に収集された生EMGデータファイルをCESS。
- EMG信号を収集するために使用されるソフトウェアや、MATLABやLabVIEWのような様々なプラットフォームを使用してカスタム書かれたソフトウェアのいずれかでEMG信号の処理を実行します。
- バンドパスフィルターを用いて収集EMG信号をフィルタ。 10〜500ヘルツの設定を使用します。注：これは、<環境から（10ヘルツ、高周波アーチファクトEMGリード）の動き（> 500ヘルツ）の低周波数アーチファクトが除去されるように、信号の周波数を変化させます。コンピュータまたはEMGシステムの電源からの干渉がある場合には60Hzのノッチフィルタを使用してください。
- 信号がフィルタリングされた後、信号の二乗値を平均平方根を計算することによって信号の振幅を決定する：正方形のデータ点のそれぞれは、それらを合計し、データポイントの数で除算し、次いで、得られた値の平方根を取ります。上記のソフトウェアを使用してこれらの計算を実行します。
8.各参加者のEMG疲労閾値を決定します
- 参加者ごとに以下の手順を実行します。
- EMG信号は、処理された後、統計プログラム（ 例 ：グラフパッドプリズム）を使用し、テストのために使用される電力出力と最初の列「時間」とそれに続く列にラベルを付けます。
- 各電力出力の場合は、フィルイン、各20秒間隔での対応EMG振幅値。
- 各電力出力は、回帰直線の傾きがゼロとは異なる（p <0.05）有意であるかどうかを決定するために線形回帰とEMG振幅（y軸）の関係対時間（x軸）を分析します。
- 線形回帰を実行すると、すべての電力出力のために分析した後、非有意（P> 0.05）の傾きで最高の電力出力を識別します。
- そして、Lを識別に有意な（p <0.05）の傾きを有するowest電力出力。
- これらの2つの電源出力が識別されると、それらを追加し、2で割ます。結果として得られる出力は推定EMG疲労閾値です。
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Representative Results
図1に示すように、単一の参加者のために、完成された各出力は外側広筋の筋肉のためのEMG振幅を表す6つのデータ点を有します。重大と最低電力出力（P <0.05）、傾きがこの参加者のためにEMG、したがって225 W.あるのに対ししたがって、この例では、非有意（P> 0.05）、傾きの最高出力は200ワットでありますEMG疲労閾値はその後推測統計を行うことができ、各参加者のために決定されると疲労閾値213 W.あります。
図1：1人の参加者のための代表的な結果。線形回帰は、各電力出力の時間的関係に対するEMG振幅を行った。赤い矢印（200 W）で示される電力出力であります非有意（P> 0.05）の傾きと最も高いパワー出力、電源出力は、緑色の矢印（225 W）で示したのに対し、有意な（P <0.05）の傾きと最小の電力出力です。これらの2つの電源出力の平均はEMG FTで213 Wを、等しいです。
図2：外側広筋の筋のための電極配置の描写加えて、我々はEMG電極は大腿直筋と内側広筋の筋肉のために配置される場所を視覚的に提供してきました。 http://www.seniam.org：EMG電極のための特定の方向に配置され、次のWebサイト上で見つけることができます。
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Discussion
ここでは、大腿四頭筋に神経筋疲労を決定するための方法は、動的運動のために筋肉を大腿提示します。この方法は、表面筋電図を用いて簡単にかつ非侵襲的なアプローチを提供します。また、この方法の汎用性は、研究者は、トレッドミル20のような運動の他のモードに適応させることができるということです。
理論的には、EMGの疲労閾値で以下の強度のために参加者が無期限12,13の運動をworkbout維持することができるはずです。ブリスコーら 8は、サイクルエルゴメータ運動負荷試験法のためのEMG疲労しきい値を検証しました。別々の機会に各参加者は70％、100％、およびそれらのEMG疲労閾値の130％で行使します。著者らは、70％とEMG疲労しきい値参加者の100％のための運動負荷8の間に増加EMG振幅を持っていなかったことがわかりました。 EMG疲労閾値の130％でワークロードを処理するために、しかし、参加者は展示EMG振幅8が大幅に増加。ブリスコーら 8は、サイクルエルゴメータ運動負荷試験法のためのEMG疲労閾値が連続運動中の筋疲労を決定するための有効なプロトコルであると結論付けました。
プロトコールとトラブルシューティングで重要なステップについては、以下を検討してください。ステップ4.1.2を実行するときにEMG信号でも多くのノイズが存在する場合は、まずEMG電極と信号を記録する装置間の接続を確認してください。多くの場合、EMGリードはEMG電極に適切に接続されていません。第二に、電極が必要に配置されている領域は、任意の毛がないと（ すなわち 、stubblesシェービング）手触りが滑らかでなく、ラフな感じ。したがって、すべての毛を完全にEMG電極が配置される場所では削除されていることを確認。また、の研磨が完了すると領域をきれいにすることが重要です。ここでも、目的は、清潔で滑らかな表面を有することです。第三に、第EMG電極の電子の中心領域は、乾燥などの補足として（例えば、超音波のために使用されるものなど）コンダクタンスゲルを使用する場合であってはなりません。過剰ゲルはEMG電極の密着性を阻害するおそれがありますので、慎重にゲルを使用してください。まとめると、これらの項目は、EMG信号のノイズを増加させ、したがって、データを汚染一般的な原因です。
EMG FTプロトコルは汎用性がありますが、臨床現場への応用への潜在的な制限があります。例えば、特定の臨床集団は試験プロトコルを許容しない場合があります。ワークロードの増加（ すなわち 、代わりに段当たり25 Wの5 W）重篤な呼吸および/ または心臓の病気の患者がすることができる時期尚早疲労試験の初期段階で修正することができますがそれは、あります。別の潜在的な制限は、大腿四頭筋は、すべてのサイクルエルゴメータ運動負荷試験法の間に活性化されている大腿ことです。しかし、EMG信号は一つだけのから記録されていますこれらの筋肉。現在まで、研究は3浅大腿四頭筋を横断EMG FTを決定していないサイクルエルゴメータ運動負荷試験法のための筋肉が筋肉の間に違いがあるかどうかを識別するために大腿。
要約すると、単一の増分運動負荷試験からEMG疲労閾値を推定する方法は、動的運動時の筋疲労を評価するための便利なツールです。また、この試験は、筋肉疲労を減衰させる様々な介入の有効性の決定の客観的な方法を提供します。
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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) |
References
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