Muskelfunktion erhållen med rörelseläge ultraljud och ytelektromyografi under kärnuthållighetsövning
Summary
Detta protokoll använder rörelseläge ultraljud och ytelektromyografi samtidigt för att mäta muskelfunktionen hos kärnan. Muskeltjocklek och aktivering av de lokala stabilisatorerna (t.ex. tvärgående abdominis, inre snedställda) och globala rörelser (t.ex. yttre snedställda) kan uppnås under specifika tidpunkter för sidoplankan och döda buggövningar.
Abstract
Rörelseläge (M-läge) ultraljud gör det möjligt för forskare och kliniker att mäta förändringen av muskeltjockleken över tiden. Muskeltjocklek kan mätas mellan fasciala gränser vid en given tidpunkt under en övning. Denna valda tidpunkt ger en endimensionell bild som resulterar i realtid, levande observation av anatomi. Ultraljud som används under funktionell rörelse kan kallas dynamisk ultraljud; Detta är genomförbart och pålitligt med användning av en linjär givare, elastiskt bälte och skumblock för att säkerställa konsekvent givarplacering. Den laterala bukväggen undersöks vanligtvis med ultraljud på grund av musklernas överlappande natur. Ytelektromyografi (sEMG) kan komplettera M-läge ultraljudsavbildning eftersom den mäter den elektriska representationen av muskelaktivering. Det finns minimala bevis för att använda M-läge ultraljud och sEMG samtidigt under kärnträning. Övningar som utmanar kärnmuskulaturen involverar både isometriska håll (t.ex. sidoplanka) och oscillerande extremitetsrörelser (t.ex. död bugg). I denna studie kommer båda instrumenten att användas samtidigt för att mäta kärnmuskelfunktionen under träning. Ultraljudsmätningar kommer att erhållas med hjälp av en linjär givare och ultraljudsenhet, och sEMG-mätningar kommer att förvärvas från ett trådlöst sEMG-system. För att göra jämförelser mellan deltagare och övningar kommer normaliseringsmetoder med statiska, övningsstartpositioner för båda instrumenten att användas. Ett aktiveringsförhållande kommer att användas för ultraljud och beräknas genom att dividera den kontrakterade tjockleken (tjockleken under en träningstidpunkt) med den vilade (startposition) tjockleken. Muskeltjockleken kommer att mätas i centimeter från den överlägsna underlägsna fasciala gränsen till underlägsen överlägsen fascial gräns. Dessa metoder syftar till att erbjuda en innovativ och praktisk mätning av muskelfunktion med M-mode ultraljud och sEMG under kärnuthållighetsövningar.
Introduction
Den laterala bukväggen består av tvärgående abdominis, inre snedställd och yttresned 1. Den laterala bukväggen kontraherar koncentriskt, excentriskt och isometriskt för att motstå de krafter som placeras på kroppen1. Samkontraktionen av denna muskelgrupp ger stabilisering av människokroppens centrum 2,3. Dessa muskler är viktiga vid förebyggande och rehabilitering av skador i nedre extremiteterna eftersom dålig bålfunktion är förknippad med ökad höftadduktion och knävalgus, som är riskfaktorer för skador i nedre extremiteterna 4,5. Att fokusera på att stärka och öka muskulär uthållighet i kärnmuskulaturen minskar inte bara riskfaktorer för nedre extremiteten utan kan också minska ländryggssmärta6. Nyligen har det rekommenderats att personer som lider av akut och kronisk ländryggssmärta bör inkludera bålförstärkning, uthållighet och specifik bålmuskelaktivering i sin rehabilitering6. Ett exempel på specifik bålmuskelaktivering är att rikta in sig på isolerade eller grupperade bålmuskler med hjälp av samkontraktion för att återställa kontrollen eller öka samordningen av lumbopelvic-hip-regionen6.
Två sätt att objektivt mäta muskelfunktion är användningen av rörelseläge (M-läge) ultraljud och ytelektromyografi (sEMG). M-mode ultraljud ger en realtidsvisualisering av muskel- och fasciarörelser under en inspelad tid som kan visa början och omfattningen av rörelsen7. Avståndet mellan den överlägsna underlägsna fasciala gränsen och den underlägsna överlägsna fasciala gränsen mäts vid en vald tidpunkt för att erhålla muskeltjocklek. Muskeltjocklek under en viss tidpunkt för en övning kan delas med vilotjocklek för att uppnå ett aktiveringsförhållande8. sEMG ger insikt i muskelaktivering och trötthet, eftersom produktionen kan jämföras med muskelns maximala sammandragning9. Dessa två instrument och metoder har tidigare använts för att mäta uppkomsten av höftmuskelaktivering under en mängd olika övningar hos friska och skadade individer10. Övningar som riktar sig mot stammen, och specifikt den laterala bukväggen, är sidoplankan och död bugg11,12,13. Sidoplankan utförs i ett sidoliggande läge med armbågen direkt under axeln och underarmen på marken, höfterna lyfts upp från marken tills ryggraden är i ett neutralt läge. Knäna är utsträckta och fötterna placeras ovanpå varandra9 (kompletterande figur 1). Den döda buggen utförs i ryggläge med båda armarna rakt ovanför och höfterna och knäna böjda i 90° vinkel. Övningen börjar när en arm böjs ovanför huvudet och det kontralaterala benet sträcker sig. Den motsatta armen och benet förblir i ett neutralt läge och böjs sedan och sträcker sig när den ursprungliga rörliga armen och benet återgår till neutralläge13 (kompletterande figur 2 och kompletterande figur 3).
Aktiveringen av den yttre sneda har setts variera från 37% till 62% av maximal frivillig isometrisk sammandragning (MVIC) under sidoplankan11,12,14. Under den döda buggen har aktiveringen av den externa snedställningen registrerats mellan 20% och 30% av MVIC för endast fem repetitioner av övningen15. De inre sneda och tvärgående abdominisna, de djupare magmusklerna i den laterala bukväggen, aktiverar mellan 22% och 28% av MVIC under sidoplankan12,14. På grund av den överlappande naturen hos de inre sneda och tvärgående abdominisna har de två musklerna kombinerats under sEMG-samling14. En begränsning av sEMG är överhörningen från intilliggande muskler, där sEMG-sensorn kan producera en utgång från en annan muskel, vilket resulterar i en falsk förståelse av aktivering16. Muskeltjockleksmätningar erhållna med ultraljud kan användas för att mildra denna begränsning, och denna mätning är möjlig under bålövningar, såsom de isometriska hållarna som tidigare nämnts17.
Muskeltjockleken i den laterala bukväggen har registrerats under sidoplankan som en absolut storlek på skillnaden mellan sammandragen tjocklek och vilad tjocklek. Vid 30 s tidpunkt för en sidoplanka ökade muskeltjockleken hos den inre sneda och yttre sneda med 0,526 mm respektive 0,205 mm17. Dessa mätningar registrerades i ultraljud i ljusstyrka vid en tidpunkt under sidoplankan. B-läge ultraljud utförs vanligtvis för att bedöma före och efter bilder; Denna metod tillåter dock endast mätning vid två tidpunkter18. M-mode ultraljud ger ökade fördelar jämfört med B-läge ultraljud, eftersom det kan upptäcka uppkomsten av muskelaktivering samt muskeltjocklek under hela övningen med vilken tidpunkt som helst som kan väljas för mätning18. Därför är det övergripande målet med det nuvarande protokollet att tillhandahålla en innovativ och praktisk mätning av muskelfunktion med M-läge ultraljud och sEMG under kärnuthållighetsövningar. Detta är fördelaktigt för forskare och kliniker att förstå hur muskler fungerar under hela övningen, särskilt av uthållighetskaraktär, i motsats till en mätning isolerad till en enda tidpunkt.
Protocol
Representative Results
Discussion
M-mode ultraljud ger början av muskelvävnadsrörelse och muskeltjockleksförändring under realtidsobservation av anatomi under en vald tid21. M-mode ultraljud kombinerat med sEMG ger en övergripande förståelse för muskelfunktion, inklusive elektrisk representation och visuell observation. Dessa instrument kan användas tillsammans under träning för att ge forskare en global förståelse för muskelfunktion.
Specifik träning av ultraljud och sEMG-tekniker är n…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen.
Materials
| Alcohol prep pads | Henry Schein | HS1007 | |
| Amazon Basics 1/2- Inch Extra Thick Exercise Yoga Mat | Amazon | YM2001BK | |
| Delsys Trigno Sensor Adhesive Interface, 4-Slot | Delsys | SC:F03 | |
| Delsys Trigno Wireless System | Delsys | T03-A16014 | |
| Galaxy Tablet S5e | Samsung | SM-TS20N | |
| GE NextGen Logig e Ultrasound Unit | GE Healthcare | HR48382AR | |
| Linear Array Probe | GE Healthcare | H48062AB | |
| Trigno Avanti sensors | Delsys | T03-A16014 |
References
- Kendall, F., McCreary, E., Provance, P., Rodgers, M., Romani, W. . Muscles: Testing and Function with Posture and Pain. , (2005).
- Bergmark, A. Stability of the lumbar spine. A study in mechanical engineering. Acta Orthopaedica Scandinavica. Supplementum. 230, 1-54 (1989).
- Borghuis, J., Hof, A. L., Lemmink, K. A. P. M. The importance of sensory-motor control in providing core stability. Sports Medicine. 38 (11), 893-916 (2008).
- Ireland, M. L., Willson, J. D., Ballantyne, B. T., Davis, I. M. Hip strength in females with and without patellofemoral pain. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 33 (11), 671-676 (2003).
- Zazulak, B. T., Hewett, T. E., Reeves, N. P., Goldberg, B., Cholewicki, J. Deficits in neuromuscular control of the trunk predict knee injury risk: prospective biomechanical-epidemiologic study. The American Journal of Sports Medicine. 35 (7), 1123-1130 (2007).
- George, S. Z., et al. Interventions for the management of acute and chronic low back pain: revision 2021. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 51 (11), (2021).
- Dieterich, A. V., et al. M-mode ultrasound used to detect the onset of deep muscle activity. Journal of Electromyography and Kinesiology. 25 (2), 224-231 (2015).
- Teyhen, D. S., et al. Abdominal and lumbar multifidus muscle size and symmetry at rest and during contracted states normative reference ranges. Journal of Ultrasound in Medicine. 31 (7), 1099-1110 (2012).
- Oliva-Lozano, J. M., Muyor, J. M. Core muscle activity during physical fitness exercises: A systematic review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (12), 4306 (2020).
- Dieterich, A., Petzke, F., Pickard, C., Davey, P., Falla, D. Differentiation of gluteus medius and minimus activity in weight bearing and non-weight bearing exercises by M-mode ultrasound imaging. Manual therapy. 20 (5), 715-722 (2015).
- Biscarini, A., Contemori, S., Grolla, G. Activation of scapular and lumbopelvic muscles during core exercises executed on a whole-body wobble board. Journal of Sport Rehabilitation. 28 (6), 623-634 (2019).
- Calatayud, J., et al. Progression of core stability exercises based on the extent of muscle activity. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 96 (10), 694-699 (2017).
- McGill, S. M., Karpowicz, A. Exercises for spine stabilization: motion/motor patterns, stability progressions, and clinical technique. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 90 (1), 118-126 (2009).
- Czaprowski, D., et al. Abdominal muscle EMG-activity during bridge exercises on stable and unstable surfaces. Physical Therapy in Sport. 15 (3), 162-168 (2014).
- Souza, G. M., Baker, L. L., Powers, C. M. Electromyographic activity of selected trunk muscles during dynamic spine stabilization exercises. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 82 (11), 1551-1557 (2001).
- Criswell, E. . Cram’s Introduction to Surface Electromyography. , (2010).
- Mirmohammad, R., Minoonejhad, H., Sheikhhoseini, R. Ultrasonographic comparison of deep lumbopelvic muscles activity in plank movements on stable and unstable surface. Physical Treatments: Specific Physical Therapy Journal. 9 (3), 147-152 (2019).
- Bunce, S. M., Hough, A. D., Moore, A. P. Measurement of abdominal muscle thickness using M-mode ultrasound imaging during functional activities. Manual Therapy. 9 (1), 41-44 (2004).
- Garber, C. E., et al. American College of Sports Medicine position stand. Quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory, musculoskeletal, and neuromotor fitness in apparently healthy adults: guidance for prescribing exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 43 (7), 1334-1359 (2011).
- Vera-Garcia, F. J., Moreside, J. M., McGill, S. M. MVC techniques to normalize trunk muscle EMG in healthy women. Journal of Electromyography and Kinesiology. 20 (1), 10-16 (2010).
- Partner, S. L., et al. Changes in muscle thickness after exercise and biofeedback in people with low back pain. Journal of Sport Rehabilitation. 23 (4), 307-318 (2014).
- Devorski, L., Bazett-Jones, D., Mangum, L. C., Glaviano, N. R. Muscle activation in the shoulder girdle and lumbopelvic-hip complex during common therapeutic exercises. Journal of Sport Rehabilitation. 31 (1), 31-37 (2021).
- Youdas, J. W., et al. Magnitudes of muscle activation of spine stabilizers in healthy adults during prone on elbow planking exercises with and without a fitness ball. Physiotherapy Theory and Practice. 34 (3), 212-222 (2018).
- Ekstrom, R. A., Donatelli, R. A., Carp, K. C. Electromyographic analysis of core trunk, hip, and thigh muscles during 9 rehabilitation exercises. The Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 37 (12), 754-762 (2007).
- Mangum, L. C., Sutherlin, M. A., Saliba, S. A., Hart, J. M. Reliability of ultrasound imaging measures of transverse abdominis and lumbar multifidus in various positions. PM&R. 8 (4), 340-347 (2016).
- Mangum, L. C., Henderson, K., Murray, K. P., Saliba, S. A. Ultrasound assessment of the transverse abdominis during functional movement. Journal of Ultrasound in Medicine. 37 (5), 1225-1231 (2018).
- Carovac, A., Smajlovic, F., Junuzovic, D. Application of ultrasound in medicine. Acta Informatica Medica. 19 (3), 168-171 (2011).
- Chowdhury, R. H., et al. Surface electromyography signal processing and classification techniques. Sensors. 13 (9), 12431-12466 (2013).
- Tweedell, A. J., Tenan, M. S., Haynes, C. A. Differences in muscle contraction onset as determined by ultrasound and electromyography. Muscle & Nerve. 59 (4), 494-500 (2019).
