Muskelfunktion, die mit Bewegungsmodus-Ultraschall und Oberflächen-Elektromyographie während des Ausdauertrainings erreicht wird
Summary
Dieses Protokoll verwendet Bewegungsmodus-Ultraschall und Oberflächenelektromyographie gleichzeitig, um die Muskelfunktion des Kerns zu messen. Die Muskeldicke und Aktivierung der lokalen Stabilisatoren (z. B. transversaler Abdominis, interner Schräg) und Global Mover (z. B. externer Schrägwand) ist zu bestimmten Zeitpunkten der Seitenplanken- und Totkäferübungen erreichbar.
Abstract
Bewegungsmodus (M-Mode) Ultraschall ermöglicht es Forschern und Klinikern, die Veränderung der Muskeldicke im Laufe der Zeit zu messen. Die Muskeldicke kann zwischen Fasziengrenzen zu einem bestimmten Zeitpunkt während einer Übung gemessen werden. Dieser ausgewählte Zeitpunkt erzeugt ein eindimensionales Bild, das zu einer Live-Beobachtung der Anatomie in Echtzeit führt. Ultraschall, der während der funktionellen Bewegung verwendet wird, kann als dynamischer Ultraschall bezeichnet werden; Dies ist machbar und zuverlässig mit der Verwendung eines linearen Wandlers, eines elastischen Bandes und eines Schaumstoffblocks, um eine konsistente Platzierung des Wandlers zu gewährleisten. Die laterale Bauchdecke wird aufgrund der Überlappung der Muskeln häufig mit Ultraschall untersucht. Die Oberflächenelektromyographie (sEMG) kann die M-Mode-Ultraschallbildgebung ergänzen, da sie die elektrische Darstellung der Muskelaktivierung misst. Es gibt minimale Beweise für die gleichzeitige Verwendung von M-Mode-Ultraschall und sEMG während des Kerntrainings. Übungen, die die Rumpfmuskulatur herausfordern, beinhalten sowohl isometrische Griffe (z. B. Seitenplanke) als auch oszillierende Extremitätenbewegungen (z. B. toter Käfer). In dieser Studie werden beide Instrumente gleichzeitig verwendet, um die Rumpfmuskelfunktion während des Trainings zu messen. Ultraschallmessungen werden mit einem linearen Wandler und einer Ultraschalleinheit durchgeführt, und sEMG-Messungen werden von einem drahtlosen sEMG-System erfasst. Um Vergleiche zwischen Teilnehmern und Übungen anzustellen, werden Normalisierungsmethoden mit statischen Übungsausgangspositionen für beide Instrumente verwendet. Ein Aktivierungsverhältnis wird für Ultraschall verwendet und berechnet, indem die kontrahierte Dicke (Dicke während eines Trainingszeitpunkts) durch die ruhende (Ausgangsposition) Dicke dividiert wird. Die Muskeldicke wird in Zentimetern vom oberen unteren Faszienrand zum unteren oberen Faszienrand gemessen. Diese Methoden zielen darauf ab, eine innovative und praktische Messung der Muskelfunktion mit M-Mode-Ultraschall und sEMG während der Kernausdauerübungen zu ermöglichen.
Introduction
Die seitliche Bauchdecke besteht aus dem Querabdominis, dem inneren Schrägband und dem äußeren Schrägband1. Die seitliche Bauchdecke zieht sich konzentrisch, exzentrisch und isometrisch zusammen, um den auf den Körper ausgeübten Kräften standzuhalten1. Die Co-Kontraktion dieser Muskelgruppe sorgt für eine Stabilisierung des Zentrums des menschlichen Körpers 2,3. Diese Muskeln sind wichtig bei der Prävention und Rehabilitation von Verletzungen der unteren Extremitäten, da eine schlechte Rumpffunktion mit einer erhöhten Hüftadduktion und einem Knievalgus verbunden ist, die Risikofaktoren für Verletzungen der unteren Extremitäten sind 4,5. Die Konzentration auf die Stärkung und Steigerung der Muskelausdauer der Rumpfmuskulatur verringert nicht nur die Risikofaktoren für die untere Extremität, sondern kann auch Rückenschmerzen verringern6. In letzter Zeit wurde empfohlen, dass Personen, die an akuten und chronischen Rückenschmerzen leiden, Rumpfstärkung, Ausdauer und spezifische Rumpfmuskelaktivierung in ihre Rehabilitation einbeziehensollten 6. Ein Beispiel für eine spezifische Aktivierung des Rumpfmuskels ist die gezielte Ausrichtung auf isolierte oder gruppierte Rumpfmuskeln unter Verwendung einer Co-Kontraktion, um die Kontrolle wiederherzustellen oder die Koordination der lumbopelvinen Hüftregion zu erhöhen6.
Zwei Möglichkeiten, die Muskelfunktion objektiv zu messen, sind die Verwendung von Bewegungsmodus (M-Mode) Ultraschall und Oberflächenelektromyographie (sEMG). M-Mode-Ultraschall bietet eine Echtzeit-Visualisierung der Muskel- und Faszienbewegung während einer aufgezeichneten Zeit, die Beginn und Ausmaß der Bewegung anzeigen kann7. Der Abstand zwischen dem oberen unteren Faszienrand und dem unteren oberen Faszienrand wird zu einem ausgewählten Zeitpunkt gemessen, um die Muskeldicke zu erhalten. Die Muskeldicke während eines bestimmten Zeitpunkts einer Übung kann durch Ruhedicke geteilt werden, um ein Aktivierungsverhältnisvon 8 zu erreichen. sEMG gibt Aufschluss über Muskelaktivierung und Ermüdung, da die Leistung mit der maximalen Kontraktion des Muskels verglichen werden kann9. Diese beiden Instrumente und Methoden wurden zuvor verwendet, um den Beginn der Aktivierung der Hüftmuskulatur während einer Vielzahl von Übungen bei gesunden und verletzten Personen zu messen10. Übungen, die auf den Rumpf und speziell auf die seitliche Bauchdecke abzielen, sind die Seitenplanke und der tote Käfer11,12,13. Die Seitenplanke wird in einer seitlich liegenden Position mit dem Ellbogen direkt unter der Schulter und dem Unterarm auf dem Boden ausgeführt, die Hüften werden vom Boden abgehoben, bis sich die Wirbelsäule in einer neutralen Position befindet. Die Knie sind gestreckt und die Füße übereinander gelegt9 (Ergänzende Abbildung 1). Der tote Käfer wird in Rückenlage ausgeführt, wobei beide Arme gerade darüber liegen und die Hüften und Knie in einem 90 ° -Winkel gebeugt sind. Die Übung beginnt, wenn ein Arm über dem Kopf gebeugt wird und das kontralaterale Bein ausgestreckt wird. Der gegenüberliegende Arm und das gegenüberliegende Bein bleiben in einer neutralen Position und beugen und strecken sich dann, sobald der ursprüngliche bewegliche Arm und das Bein in die neutrale Position13 zurückkehren (ergänzende Abbildung 2 und ergänzende Abbildung 3).
Die Aktivierung der äußeren Schräglage liegt im Bereich von 37% bis 62% der maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktion (MVIC) während der Seitenplanke11,12,14. Während des toten Fehlers wurde die Aktivierung der externen Schräglage zwischen 20% und 30% des MVIC für nur fünf Wiederholungen der Übung15 aufgezeichnet. Der innere schräge und transversale Abdominis, die tieferen Bauchmuskeln der lateralen Bauchdecke, aktivieren zwischen 22% und 28% der MVIC während der Seitenplanke12,14. Aufgrund der Überlappung des inneren schrägen und transversalen Abdominis wurden die beiden Muskeln während der sEMG-Sammlung14 kombiniert. Eine Einschränkung von sEMG ist das Übersprechen von benachbarten Muskeln, wobei der sEMG-Sensor möglicherweise einen Ausgang eines anderen Muskels erzeugt, was zu einem falschen Verständnis der Aktivierungführt 16. Muskeldickenmessungen, die mit Ultraschall durchgeführt werden, können verwendet werden, um diese Einschränkung zu mildern, und diese Messung ist während Rumpfübungen möglich, wie z. B. die zuvor erwähnten isometrischenGriffe 17.
Die Muskeldicke der seitlichen Bauchdecke wurde während der Seitenplanke als absolute Größe der Differenz zwischen kontrahierter Dicke und ruhender Dicke aufgezeichnet. Zum Zeitpunkt von 30 s einer Seitenplanke nahm die Muskeldicke des inneren schrägen und äußeren Schräggangs um 0,526 mm bzw. 0,205 mm bzw.17 zu. Diese Messungen wurden im Helligkeitsmodus Ultraschall zu einem Zeitpunkt während der Seitenplanke aufgezeichnet. B-Mode-Ultraschall wird häufig durchgeführt, um Vorher-Nachher-Bilder zu beurteilen; Diese Methode ermöglicht jedoch nur Messungen zu zwei Zeitpunkten18. Der M-Mode-Ultraschall bietet im Vergleich zum B-Mode-Ultraschall erhöhte Vorteile, da er den Beginn der Muskelaktivierung sowie die Muskeldicke während der gesamten Übung mit jedem Zeitpunkt erkennen kann, der für die Messung ausgewählt werden kann18. Daher ist das übergeordnete Ziel des aktuellen Protokolls, eine innovative und praktische Messung der Muskelfunktion mit M-Mode-Ultraschall und sEMG während der Kernausdauerübungen zu ermöglichen. Dies ist für Forscher und Kliniker von Vorteil, um zu verstehen, wie Muskeln während der gesamten Dauer einer Übung funktionieren, insbesondere während der Ausdauer, im Gegensatz zu einer Messung, die auf einen einzigen Zeitpunkt isoliert ist.
Protocol
Representative Results
Discussion
M-Mode-Ultraschall ermöglicht den Beginn der Muskelgewebebewegung und Muskeldickenänderung während der Echtzeitbeobachtung der Anatomie über einen ausgewählten Zeitraum21. M-Mode-Ultraschall in Kombination mit sEMG bietet ein umfassendes Verständnis der Muskelfunktion, einschließlich elektrischer Darstellung und visueller Beobachtung. Diese Instrumente können während des Trainings zusammen verwendet werden, um Forschern ein globales Verständnis der Muskelfunktion zu vermitteln.
<p cl…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nichts.
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).
