Abstract
Teóricamente, el (EMG) umbral de fatiga electromiográfica es la intensidad del ejercicio que un individuo puede mantener indefinidamente sin la necesidad de reclutar más unidades motoras que se asocia con un aumento en la amplitud EMG. Aunque protocolos diferentes se han utilizado para estimar el umbral de fatiga EMG que requieren múltiples visitas que son poco práctico para un entorno clínico. A continuación, presentamos un protocolo para la estimación del umbral de fatiga EMG para cicloergometría que requiere una sola visita. Este protocolo es simple, conveniente y completado dentro de 15 a 20 minutos, por lo tanto, tiene el potencial de traducirse en una herramienta que los médicos pueden usar en la prescripción del ejercicio.
Introduction
Electromiografía de superficie (EMG) es un enfoque no invasivo de estudio reclutamiento de unidades motoras durante isométrica 1-3, isocinético 4-6, 7-10 o acción muscular continua. La amplitud de la señal de EMG representa la activación muscular que consiste en el número de unidades motoras activado, la tasa de disparo de las unidades de motor, o ambos 11. El concepto de umbral de la fatiga EMG se utiliza para indicar la más alta carga de trabajo en la que un individuo puede ejercer indefinidamente sin un aumento en la amplitud EMG 8.
Es importante discusión brevemente el origen del umbral de fatiga EMG. El estudio original de deVries et al. 12 implicó un protocolo que consistió en múltiples (generalmente 3-4) series de trabajo discontinuos, donde la amplitud EMG se representa en función del tiempo para cada pelea trabajo. A continuación, la potencia de salida se representó frente a los coeficientes de pendiente de la amplitud EMG frente rela tiempo rela-, y luego extrapolada a cero pendiente (la intersección) 12. Los autores 12 denominaron originalmente que el protocolo de la capacidad de trabajo físico en el umbral de fatiga (PWCFT). En otro estudio, deVries et al. 13 utilizaron series de trabajo discontinuos, pero utilizó regresión lineal para encontrar la primera potencia que resultó en una pendiente significativa para la amplitud EMG frente relación de tiempo. Los autores 13 también denominados ese protocolo del PWCFT, creando cierta confusión en la literatura. En un artículo posterior, deVries et al. 14 modificó su protocolo anterior 13 y se desarrolló un protocolo de incremento continuo. La amplitud EMG se representó gráficamente contra el tiempo para cada salida de potencia y la PWCFT se definió como el promedio de la potencia de salida más alto que resultó en ningún cambio en la amplitud EMG con el tiempo y la potencia de salida más bajo que resultó en un aumento de la amplitud en el tiempo EMG 14 .
ent "> Cabe señalar que el término PWC fue introducido originalmente a finales de 1950 15,16 y es sinónimo de una gran cantidad de literatura (pasado, presente, y en diferentes países) el examen de la capacidad aeróbica a una determinada carga de trabajo 17. Por otra parte, el término se utiliza en la literatura ergonómico e industrial que se centran en la productividad del día a día de los trabajadores que realizan la acción repetitiva durante el día de trabajo 8 horas como individuos en una planta de montaje 18.El umbral de fatiga EMG término fue utilizado inicialmente por Matsumoto et al 19 después de que se modificaron el 12 deVries protocolo donde la salida de potencia en comparación con coeficientes de pendiente de la amplitud EMG frente relación de tiempo se representan y se extrapoló hasta el punto de pendiente cero. Más recientemente, Guffey et al. 20 y Briscoe et al. 8 utiliza el método de deVries et al. 14 y la terminología de Matsumoto et una. l 19 para definir operacionalmente el umbral de fatiga EMG. En el futuro, se recomienda que se utilice el umbral EMG fatiga plazo. Por lo tanto, la amplitud EMG frente a la relación tiempo se traza para cada salida de potencia y después se analizó mediante análisis de regresión lineal (Figura 1). Para estimar el umbral de fatiga EMG, la potencia de salida más alta con una (p> 0,05) la pendiente no significativa y la salida de energía más bajo, con una disminución significativa (p <0,05) la pendiente se identifica y luego el promedio se calcula 14. Este protocolo es simple, conveniente y completado dentro de 15 a 20 min. Por otra parte, la tasa de incremento puede ser modulada en función del nivel del individuo de la actividad física habitual, y por lo tanto tiene aplicaciones potenciales en el ámbito clínico.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Todos los procedimientos fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Sujetos Humanos.
1. Preparación de la pierna del Participante
- Haga que el participante cuidadosamente enrollar sus pantalones cortos para el tramo deseado. Luego pegue los cortos para que los cuádriceps femoral grupo muscular está expuesto y trace una línea alrededor de la zona del participante necesita afeitarse.
- IMPORTANTE: Haga que el participante se afeita su pierna antes de la prueba más que el día anterior, ya que asegura que no hay rastrojos que pueden interferir con la señal EMG.
- Una vez que el participante haya terminado de afeitarse la zona deseada de la pierna, limpie la zona afeitada con alcohol para asegurar que no hay restos del gel de afeitar (o crema), que puede interferir con la señal EMG.
2. Medición de la pierna por la colocación de electrodos
- Para colocar el electrodo EMG en el músculo vasto lateral, hacer el fomediciones llowing
- Haga que el participante de pie frente recta el investigador.
- Busque el bífida anterior iliaca Superior (ASIS) y el lado lateral de la rótula. El ASIS es el hueso de la cadera; palpar mediante la colocación de la mano en cada lado del abdomen por debajo del ombligo.
- Con una cinta métrica, medir la distancia entre los dos lugares identificados anteriormente y tomar 2/3 de ese valor en la línea de la ASIS en el lado lateral de la rótula. Nota: Para más información sobre la colocación de electrodos EMG se puede encontrar en la SENIAM (electromiografía de superficie para la evaluación no invasiva de los músculos) URL: http://www.seniam.org/
3. La colocación de los electrodos EMG
- Después se ha identificado la ubicación del vasto lateral, tome los electrodos EMG (la mayoría de los investigadores utilizan comercialmente disponibles desechables electrodos Ag Ag-Cl) y el lugar más vasto lateral sin quitar el adhesivo shield. Luego, con una pluma marcar el área donde la porción de gel del electrodo hace contacto con el músculo. Asegúrese de que la distancia entre los electrodos es de 20 mm de centro a centro.
- Utilice un trozo de papel de lija (60 grueso) para raspar suavemente estas dos áreas para eliminar la capa superficial de la piel. Durante este tiempo, pida al participante su nivel de incomodidad. Deje de abrasión cuando el participante indica el área es cálido.
- Limpie las áreas erosionadas con una toalla humedecido con alcohol o un algodón con alcohol. Deje que la zona en la pierna que se seque antes de colocar los electrodos EMG.
- Coloque los electrodos EMG en los sitios que fueron pulidas (Figura 2). Tenga cuidado de no colocar los electrodos en la banda iliotibial (banda de TI). Pídale al participante que contraer los músculos del cuadriceps femoral con el fin de palpar el vasto lateral. Coloque los electrodos en el músculo para asegurarse de que no está en la banda de TI. Nota: Si los electrodos en la banda de TI, la señal de que está EMGld ser humedecido cuando se le pide al participante que máximamente contrato.
- Coloque el electrodo de referencia (3 rd electrodo) en un sitio de unión huesudo como el ASIS tanto no interfieran con el movimiento de las extremidades inferiores durante la sesión de ejercicio.
4. Comprobación de la señal EMG
- Antes de iniciar la prueba de esfuerzo, compruebe la impedancia entre los electrodos.
Nota: Este paso es fundamental porque si la señal tiene demasiado ruido, entonces los datos EMG recogidos durante la prueba de esfuerzo no serán válidos.- Haga que el participante se sienta en una silla y conecte el EMG lleva a sus respectivos electrodos colocados en la pierna del participante.
- En este punto, tiene el participante relajar su pierna, al no tener la tensión en el músculo. Luego, después de unos 30 segundos de relajación, tiene el participante al máximo contraiga sus músculos cuádriceps femoral durante 5 segundos y luego volver a ser completamente relajado.
- Al realizar la tarea de unBove (paso 4.1.2), grabar la señal de EMG participantes en el equipo.
- Asegúrese de que la impedancia entre los electrodos es <2.000 ohmios. Por otra parte, si un voltímetro está disponible en el laboratorio, a continuación, comprobar el ruido de línea de base y mantener por debajo de 5 mV. Además, establecer la frecuencia de muestreo a 1.000 Hz.
5. Configurando el cicloergómetro
- Después de comprobar la impedancia entre los electrodos, que el movimiento de los participantes de la silla a la bicicleta ergométrica.
- Haga que el participante de pie junto a la bicicleta ergométrica y elevar la rodilla hasta que el muslo quede paralelo al suelo. Luego haga que el participante mantenga esta posición y ajustar la altura del asiento para que coincida con la misma altura que el muslo de la participante.
- A partir de entonces, tiene el participante se sienta en el asiento del cicloergómetro y luego pedalear un par de veces mientras preguntándoles si se sienten cómodos con la altura del asiento. Si es necesario, ajustar la altura del asiento.
- Asegurar that piernas de los participantes son la extensión completa próximo con una ligera flexión (~ 5 °) en las rodillas durante cada revolución del pedal.
- Antes de comenzar la prueba, tiene el participante use un monitor de ritmo cardíaco polar para que la frecuencia cardíaca se puede documentar toda la prueba de esfuerzo.
6. Realizar el Protocolo Umbral EMG Fatiga
- Haga que el participante inicia el ciclismo y poco a poco aumentar su cadencia de 70 revoluciones / min. A continuación, aumentar la potencia de salida en el cicloergómetro a 50 W.
- Tener el ciclo participante en esta salida de potencia durante aproximadamente 2-3 minutos.
Nota: Este es un ejercicio de baja intensidad y servirá de calentamiento. - Después del período de calentamiento, aumentar la potencia de salida de 25 W cada 2 min hasta que el participante ya no es capaz de mantener el 70 revoluciones / min cadencia o pide que se detuvo la prueba.
Nota: Cabe señalar que durante la prueba de ejercicio, la señal de EMG se registra para 10épocas seg durante cada etapa de 2 min para seg 10-20, 30-40, 50-60, 70-80, 90-100 y 110-120 21. La mayoría de los sistemas EMG tendrán una opción para configurar la grabación automática en el intervalo deseado. Por lo tanto, para cada etapa no debería ser 6 archivos de datos. - Una vez que el test incremental ha llegado a la conclusión, que el participante realice un enfriamiento a 50 W. Compruebe que la longitud del enfriamiento corresponde con tener la frecuencia cardíaca regreso del participante en el valor durante la fase de calentamiento. Monitorear esto comprobando la frecuencia cardíaca de los participantes mediante el monitor de ritmo cardíaco polar.
- Una vez completado el enfriamiento, retirar el EMG conduce y tiene el participante baje del cicloergómetro y volver a la silla. A continuación, retire con cuidado los electrodos EMG y limpie las áreas con una toalla limpia humedecida con alcohol o un algodón con alcohol.
7. El procesamiento de la señal EMG
- Después de que se complete la prueba, proCESS los archivos RAW de datos EMG que se recogieron durante la prueba de ejercicio para que los datos pueden ser utilizados para determinar el umbral de fatiga EMG.
- Realizar el procesamiento de la señal EMG, ya sea con el software utilizado para recoger la señal de EMG o software escrito personalizado utilizando diversas plataformas como MATLAB o LabVIEW.
- Filtra las señales EMG recogidas utilizando un filtro de paso de banda. Utilice un ajuste de 10 a 500 Hz. Nota: Esto altera la frecuencia de la señal de modo que los artefactos de baja frecuencia debido al movimiento de los cables EMG (<10 Hz), y artefactos de alta frecuencia desde el medio ambiente (> 500 Hz), se eliminan. Use un filtro de corte de 60 Hz si hay alguna interferencia de la fuente de alimentación del ordenador o sistema de EMG.
- Una vez que la señal ha sido filtrada, determinar la amplitud de la señal mediante el cálculo del valor cuadrático medio de la señal: la plaza cada uno de los puntos de datos, resumir ellos, se divide por el número de puntos de datos, luego tomar la raíz cuadrada del valor resultante. Lleve a cabo estos cálculos utilizando el software mencionado.
8. Determinación del Umbral EMG Fatiga para cada participante
- Realice los siguientes pasos para cada participante.
- Después de la señal EMG ha sido procesado; utilizar un programa estadístico (por ejemplo: GraphPad Prism) y la etiqueta de la primera columna "Tiempo" y las columnas posteriores con las salidas de potencia utilizados para la prueba.
- Para cada salida de potencia, rellenar el valor correspondiente amplitud EMG para cada intervalo de 20 seg.
- Para cada salida de potencia, analizar el tiempo (eje x) vs EMG amplitud (eje y) con relación de regresión lineal para determinar si la pendiente de la línea de regresión es significativa (p <0,05) diferente de cero.
- Después de realizar el análisis de regresión lineal para todas las salidas de potencia, identificar la potencia de salida más alta con una no significativa (p> 0,05) pendiente.
- Luego identificar el lpotencia owest con una pendiente significativa (p <0,05).
- Una vez que estas dos potencias han sido identificados, añadirlos y dividir por 2; la potencia de salida resultante es el umbral de fatiga estimada EMG.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Como se muestra en la Figura 1, para un único participante, cada salida de potencia que se completa tiene seis puntos de datos que representan la amplitud EMG para el músculo vasto lateral. Por lo tanto, en este ejemplo, la salida de potencia más alta con una no significativa (p> 0,05) pendiente es 200 vatios, mientras que la salida de potencia más bajo con una disminución significativa (p <0,05) pendiente es 225 W. Por lo tanto, para este participante la EMG umbral de la fatiga es 213 W. Una vez que el umbral de fatiga EMG se determina para cada participante luego estadística inferencial se pueden realizar.
Figura 1: Los resultados representativos para un solo participante. La regresión lineal se realizó para la amplitud EMG frente a la relación de tiempo para cada salida de potencia. La potencia de salida indicada por la flecha de color rojo (200 W) es elpotencia de salida más alta con una no significativa (p> 0,05) pendiente, mientras que la potencia indicada por la flecha verde (225 W) es la salida de energía más bajo con una (p <0,05) pendiente significativa. El promedio de estas dos salidas de potencia igual a 213 W, que es el EMG FT.
Figura 2:. Representación de la disposición de electrodos para el músculo vasto lateral Además, hemos proporcionado una visual de donde los electrodos EMG se colocan por el recto femoral y los músculos vasto medial. Direcciones específicas para EMG electrodo colocado se pueden encontrar en la siguiente página web: http://www.seniam.org.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Estamos aquí presentamos un método para determinar la fatiga neuromuscular en el cuádriceps femoral músculos para el ejercicio dinámico. Este método proporciona un enfoque sencillo y no invasivo para el uso de EMG superficial. Por otra parte, la versatilidad de este método es que los investigadores puedan adaptarlo a otros modos de ejercicio, como la cinta de correr 20.
Teóricamente, para intensidades en o por debajo del umbral de fatiga EMG el participante debe ser capaz de sostener el ejercicio workbout indefinidamente 12,13. Briscoe et al. 8 validó el umbral de fatiga EMG para ergometría ciclo. En ocasiones separadas cada participante ejercerse en 70%, 100%, y 130% de su umbral de fatiga EMG. Los autores encontraron que el 70% y el 100% de los participantes de umbral de fatiga EMG no han aumentado EMG amplitud durante la carga de trabajo del ejercicio 8. Para la carga de trabajo al 130% del umbral de fatiga EMG, sin embargo, los participantes mostraron unaaumento significativo en la amplitud EMG 8. Briscoe et al. 8 llegó a la conclusión de que el umbral de fatiga EMG para cicloergometría era un protocolo válido para determinar la fatiga neuromuscular durante el ejercicio continuo.
Con respecto a los pasos críticos en el protocolo y la solución de problemas en cuenta lo siguiente. Si hay demasiado ruido en la señal EMG al realizar el paso 4.1.2 a continuación, primero compruebe la conexión entre los electrodos EMG y el dispositivo de grabación de la señal. A menudo, los cables de EMG no pueden ser correctamente conectados al electrodo EMG. En segundo lugar, las áreas en las que los electrodos se colocan necesidad de estar libre de cualquier pelo y se sienten suaves al tacto en lugar de en bruto (es decir, rastrojos de afeitar). Por lo tanto, asegúrese de que todo el pelo se elimina a fondo en lugares donde se colocará el electrodo EMG. También, es importante limpiar el área una vez que se complete la abrasión. Una vez más, el objetivo es tener una superficie limpia y lisa. En tercer lugar, THe zona centro del electrodo EMG no debe estar seca y si es así utilizar gel de conductancia (tales como los utilizados para ultrasonido) como un suplemento. Asegúrese de utilizar el gel con moderación, porque el exceso de gel puede interferir con la adherencia del electrodo EMG. Tomados en conjunto, estos artículos son los culpables más comunes que aumentan el ruido en la señal EMG y contaminando así los datos.
Aunque el protocolo EMG FT es versátil existen posibles limitaciones a su aplicación en un entorno clínico. Por ejemplo, ciertas poblaciones clínicas no pueden tolerar el protocolo de prueba. Es decir, mientras que el aumento en la carga de trabajo puede ser modificado (es decir, 5 W en lugar de 25 W por etapa) pacientes con respiratoria grave y / o enfermedades cardíacas pueden prematuramente la fatiga durante las etapas iniciales de la prueba. Otra posible limitación es que el cuádriceps femoral músculos están activados durante la ergometría ciclo; Sin embargo, la señal EMG se está grabando desde una sola deestos músculos. Hasta la fecha, ningún estudio ha determinado la EMG FT en los tres cuádriceps femoral superficial músculos para cicloergometría para identificar si existen diferencias entre los músculos.
En resumen, el método de estimación del umbral de fatiga EMG de una sola prueba de esfuerzo incremental es una herramienta útil para evaluar la fatiga neuromuscular durante el ejercicio dinámico. Además, este ensayo proporciona un método objetivo de determinar la eficacia de diversas intervenciones que atenúan la fatiga muscular.
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).
