תפקוד השרירים מתקבל באמצעות אולטרסאונד של מצב תנועה ואלקטרומיוגרפיה של פני השטח במהלך תרגיל סיבולת הליבה
Summary
פרוטוקול זה משתמש באולטרסאונד במצב תנועה ובאלקטרומיוגרפיה של פני השטח בו זמנית כדי למדוד את תפקוד השרירים של הליבה. עובי שרירים והפעלה של המייצבים המקומיים (למשל, בטן רוחבית, אלכסונית פנימית) ומניעים גלובליים (למשל, אלכסוני חיצוני) ניתנים להשגה במהלך נקודות זמן ספציפיות של קרש הצד ותרגילי חרקים מתים.
Abstract
אולטרסאונד במצב תנועה (M-mode) מאפשר לחוקרים ולקלינאים למדוד את השינוי בעובי השרירים לאורך זמן. ניתן למדוד את עובי השרירים בין גבולות הפאסיאליים בנקודת זמן נתונה במהלך תרגיל. נקודת זמן זו שנבחרה מייצרת תמונה חד-ממדית היוצרת תצפית חיה בזמן אמת על האנטומיה. אולטרסאונד המשמש במהלך תנועה פונקציונלית יכול להיקרא אולטרסאונד דינמי; זה אפשרי ואמין עם שימוש במתמר ליניארי, חגורה אלסטית ובלוק קצף כדי להבטיח מיקום מתמר עקבי. דופן הבטן הצדדית נחקרת בדרך כלל באמצעות אולטרסאונד בשל האופי החופף של השרירים. אלקטרומיוגרפיה של פני השטח (sEMG) יכולה להשלים את הדמיית האולטרסאונד במצב M מכיוון שהיא מודדת את הייצוג החשמלי של הפעלת השרירים. יש עדויות מינימליות לשימוש באולטרסאונד במצב M ו-sEMG בו זמנית במהלך תרגילי הליבה. תרגילים המאתגרים את שרירי הליבה כוללים גם אחיזה איזומטרית (למשל, קרש צד), וגם תנועות גפיים מתנדות (למשל, חרק מת). במחקר זה, שני המכשירים ישמשו בו זמנית למדידת תפקוד שרירי הליבה במהלך פעילות גופנית. מדידות אולטרסאונד יתקבלו באמצעות מתמר ליניארי ויחידת אולטרסאונד, ומדידות sEMG יירכשו ממערכת sEMG אלחוטית. כדי לערוך השוואות בין המשתתפים לתרגילים, ייעשה שימוש בשיטות נורמליזציה המשתמשות בתנוחות התחלה סטטיות של פעילות גופנית עבור שני המכשירים. יחס הפעלה ישמש לאולטרסאונד ויחושב על ידי חלוקת העובי המכווץ (עובי בנקודת זמן של אימון) בעובי המנוחה (מיקום ההתחלה). עובי השרירים יימדד בסנטימטרים מהגבול הפאסיאלי התחתון העליון לגבול הפאסיאלי העליון הנחות. שיטות אלה שואפות להציע מדידה חדשנית ומעשית של תפקוד השרירים עם אולטרסאונד במצב M ו- sEMG במהלך תרגילי סיבולת הליבה.
Introduction
דופן הבטן הצדדית מורכבת מהבטן הרוחבית, אלכסונית פנימית ואלכסונית חיצונית1. דופן הבטן הצידית מתכווצת באופן קונצנטרי, אקסצנטרי ואיזומטרי כדי לעמוד בכוחות המוצבים על הגוף1. ההתכווצות המשותפת של קבוצת שרירים זו מספקת ייצוב של מרכז גוף האדם 2,3. שרירים אלה חשובים במהלך מניעה ושיקום של פציעות גפיים תחתונות מכיוון שתפקוד לקוי של תא המטען קשור לתוספת מוגברת של הירך ולוולגוס הברך, שהם גורמי סיכון לפציעות גפיים תחתונות 4,5. התמקדות בחיזוק והגברת סיבולת השרירים של שרירי הליבה לא רק מפחיתה את גורמי הסיכון לגפיים התחתונות, אלא יכולה גם להפחית כאבי גב תחתון6. לאחרונה, הומלץ לאנשים הסובלים מכאבי גב תחתון חריפים וכרוניים לכלול חיזוק תא המטען, סיבולת והפעלת שרירי גזע ספציפיים בשיקום שלהם6. דוגמה להפעלת שרירי גזע ספציפיים היא התמקדות בשרירי גזע מבודדים או מקובצים באמצעות התכווצות משותפת כדי להחזיר את השליטה או להגביר את הקואורדינציה של אזור הירכיים המותני6.
שתי דרכים למדוד באופן אובייקטיבי את תפקוד השרירים הן שימוש באולטרסאונד במצב תנועה (M-mode) ואלקטרומיוגרפיה של פני השטח (sEMG). אולטרסאונד במצב M מספק הדמיה בזמן אמת של תנועת השרירים והחיתולית במהלך זמן מוקלט שיכולה להציג את תחילת והיקף התנועה7. המרחק בין הגבול הפאסיאלי התחתון העליון לבין הגבול הפאסיאלי העליון התחתון נמדד בזמן נבחר לקבלת עובי השריר. ניתן לחלק את עובי השרירים בנקודת זמן מסוימת של התרגיל בעובי מנוחה כדי להשיג יחס הפעלה8. sEMG מספק תובנה לגבי הפעלת שרירים ועייפות, שכן ניתן להשוות את התפוקה להתכווצות המרבית של השריר9. שני מכשירים ושיטות אלה שימשו בעבר כדי למדוד את הופעת הפעלת שרירי הירך במהלך מגוון תרגילים אצל אנשים בריאים ופצועים10. תרגילים המכוונים לתא המטען, ובמיוחד לדופן הבטן הצידית, הם הקרש הצדדי והבאג המת11,12,13. הקרש הצדדי מבוצע בתנוחת שכיבה צדדית כאשר המרפק ישירות מתחת לכתף והאמה על הקרקע, הירכיים מורמות מהקרקע עד שעמוד השדרה נמצא במצב נייטרלי. הברכיים מורחבות, וכפות הרגליים מונחות זו על גביזו 9 (איור משלים 1). הבאג המת מבוצע במצב שכיבה כאשר שתי הזרועות ישרות למעלה והירכיים והברכיים מכופפות בזווית של 90°. התרגיל מתחיל כאשר זרוע אחת מכופפת מעל הראש והרגל הנגדית מתארכת. היד והרגל הנגדיות נשארות במצב נייטרלי ואז מתכופפות ומתארכות ברגע שהזרוע והרגל הנעות המקוריות חוזרות למצב הנייטרלי13 (איור משלים 2 ואיור משלים 3).
נראה כי ההפעלה של האלכסון החיצוני נעה בין 37% ל-62% מההתכווצות האיזומטרית הרצונית המרבית (MVIC) במהלך הקרש הצדדי11,12,14. במהלך הבאג המת, ההפעלה של האלכסון החיצוני נרשמה בין 20% ל -30% של MVIC במשך חמש חזרות בלבד של התרגיל15. הבטן האלכסונית הפנימית והרוחבית, שרירי הבטן העמוקים יותר של דופן הבטן הצידית, מפעילים בין 22% ל-28% מה-MVIC במהלך הקרש הצדדי12,14. בשל האופי החופף של הבטן האלכסונית והרוחבית הפנימית, שני השרירים שולבו במהלך אוסף sEMG14. מגבלה של sEMG היא ההצלבה משרירים סמוכים, שבה חיישן sEMG עשוי לייצר פלט של שריר אחר, וכתוצאה מכך הבנה שגויה של הפעלה16. ניתן להשתמש במדידות עובי שריר המתקבלות באמצעות אולטרסאונד כדי למתן מגבלה זו, ומדידה זו אפשרית במהלך תרגילי תא המטען, כגון ההחזקות האיזומטריותשהוזכרו קודם לכן 17.
עובי השריר של דופן הבטן הצידית נרשם במהלך הקרש הצדדי כגודל מוחלט של הבדל בין עובי מכווץ לעובי נח. בנקודת הזמן של 30 שניות של קרש צד, עובי השרירים של האלכסון הפנימי והאלכסוני החיצוני עלה ב -0.526 מ”מ ו -0.205 מ”מ,בהתאמה 17. מדידות אלה נרשמו באולטרסאונד במצב בהירות בנקודת זמן אחת במהלך הקרש הצדדי. אולטרסאונד במצב B מבוצע בדרך כלל כדי להעריך לפני ואחרי תמונות; עם זאת, שיטה זו מאפשרת מדידה רק בשתי נקודות זמן18. אולטרסאונד במצב M מספק יתרונות מוגברים בהשוואה לאולטרסאונד במצב B, שכן הוא יכול לזהות התחלה של הפעלת שרירים כמו גם עובי שריר במהלך כל התרגיל עם כל נקודת זמן שניתן לבחור למדידה18. לכן, המטרה הכוללת של הפרוטוקול הנוכחי היא לספק מדידה חדשנית ומעשית של תפקוד השרירים עם אולטרסאונד במצב M ו- sEMG במהלך תרגילי סיבולת הליבה. זה מועיל לחוקרים ולקלינאים להבין כיצד השרירים מתפקדים לאורך כל משך התרגיל, במיוחד בעל אופי סיבולת, בניגוד למדידה המבודדת לנקודת זמן אחת.
Protocol
Representative Results
Discussion
אולטרסאונד במצב M מספק התחלה של תנועת רקמת שריר ושינוי בעובי השרירים במהלך תצפית בזמן אמת על אנטומיה על פני זמן נבחר21. אולטרסאונד במצב M בשילוב עם sEMG מספק הבנה כוללת של תפקוד השרירים, כולל ייצוג חשמלי ותצפית חזותית. ניתן להשתמש במכשירים אלה במקביל במהלך פעילות גופנית כדי לספק ל…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ללא.
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).
