Spierfunctie verkregen met motion mode echografie en oppervlakte-elektromyografie tijdens Core Endurance Exercise
Summary
Dit protocol maakt gebruik van bewegingsmodusechografie en oppervlakte-elektromyografie tegelijkertijd om de spierfunctie van de kern te meten. Spierdikte en activering van de lokale stabilisatoren (bijv. Transversale abdominis, interne schuine) en globale verhuizers (bijv. Externe schuine) is haalbaar tijdens specifieke tijdstippen van de zijplank en dode insectenoefeningen.
Abstract
Bewegingsmodus (M-mode) echografie stelt onderzoekers en clinici in staat om de verandering van spierdikte in de loop van de tijd te meten. Spierdikte kan worden gemeten tussen fasciale randen op een bepaald tijdstip tijdens een oefening. Dit geselecteerde tijdstip produceert een eendimensionaal beeld dat resulteert in real-time, live observatie van de anatomie. Echografie die tijdens functionele bewegingen wordt gebruikt, kan dynamische echografie worden genoemd; dit is haalbaar en betrouwbaar met het gebruik van een lineaire transducer, elastische riem en schuimblok om een consistente plaatsing van de transducer te garanderen. De laterale buikwand wordt vaak onderzocht met behulp van echografie vanwege de overlappende aard van de spieren. Oppervlakte-elektromyografie (sEMG) kan een aanvulling zijn op M-mode ultrasone beeldvorming omdat het de elektrische representatie van spieractivatie meet. Er is minimaal bewijs met behulp van M-mode echografie en sEMG tegelijkertijd tijdens core oefening. Oefeningen die de kernmusculatuur uitdagen, omvatten zowel isometrische grepen (bijv. Zijplank) als oscillerende extremiteitsbewegingen (bijv. Dode bug). In deze studie zullen beide instrumenten gelijktijdig worden gebruikt om de kernspierfunctie tijdens het sporten te meten. Ultrasone metingen zullen worden verkregen met behulp van een lineaire transducer en ultrasone eenheid, en sEMG-metingen zullen worden verkregen uit een draadloos sEMG-systeem. Om vergelijkingen te maken tussen deelnemers en oefeningen, zullen normalisatiemethoden worden gebruikt met behulp van statische, oefenstartposities voor beide instrumenten. Een activeringsverhouding wordt gebruikt voor echografie en berekend door de gecontracteerde dikte (dikte tijdens een tijdstip van oefening) te delen door de rustdikte (beginpositie). Spierdikte wordt gemeten in centimeters van de superieure inferieure fasciale rand tot inferieure superieure fasciale rand. Deze methoden zijn gericht op het bieden van een innovatieve en praktische meting van de spierfunctie met M-mode echografie en sEMG tijdens core endurance oefeningen.
Introduction
De laterale buikwand bestaat uit de dwarse abdominis, inwendig schuin en uitwendig schuin1. De laterale buikwand trekt concentrisch, excentrisch en isometrisch samen om de krachten op het lichaam te weerstaan1. De co-contractie van deze spiergroep zorgt voor stabilisatie van het centrum van het menselijk lichaam 2,3. Deze spieren zijn belangrijk tijdens de preventie en revalidatie van blessures aan de onderste ledematen, omdat een slechte rompfunctie geassocieerd is met verhoogde heupadductie en knievalgus, die risicofactoren zijn voor verwondingen aan de onderste ledematen 4,5. Focussen op het versterken en vergroten van het spieruithoudingsvermogen van de kernmusculatuur vermindert niet alleen de risicofactoren voor de onderste extremiteit, maar kan ook lage rugpijn verminderen6. Onlangs is aanbevolen dat personen die lijden aan acute en chronische lage rugpijn rompversterking, uithoudingsvermogen en specifieke rompspieractivatie in hun revalidatie moeten opnemen6. Een voorbeeld van specifieke rompspieractivering is gericht op geïsoleerde of gegroepeerde rompspieren met behulp van cocontractie om de controle te herstellen of de coördinatie van het lumbopelvic-heupgebiedte vergroten 6.
Twee manieren om de spierfunctie objectief te meten zijn het gebruik van bewegingsmodus (M-mode) echografie en oppervlakte-elektromyografie (sEMG). M-mode echografie biedt een real-time visualisatie van spier- en fasciabewegingen gedurende een opgenomen tijd die het begin en de omvang van de beweging kan weergeven7. De afstand tussen de superieure inferieure fasciale rand en de inferieure superieure fasciale rand wordt gemeten op een geselecteerd tijdstip om spierdikte te verkrijgen. Spierdikte tijdens een specifiek tijdstip van een oefening kan worden gedeeld door rustdikte om een activeringsratio8 te bereiken. sEMG geeft inzicht in spieractivatie en vermoeidheid, omdat de output kan worden vergeleken met de maximale contractie van de spier9. Deze twee instrumenten en methoden zijn eerder gebruikt om het begin van heupspieractivatie te meten tijdens een verscheidenheid aan oefeningen bij gezonde en gewonde personen10. Oefeningen die gericht zijn op de romp, en specifiek op de laterale buikwand, zijn de zijplank en dode wants 11,12,13. De zijplank wordt uitgevoerd in een zijwaarts liggende positie met de elleboog direct onder de schouder en onderarm op de grond, de heupen worden van de grond geheven totdat de wervelkolom zich in een neutrale positie bevindt. De knieën worden gestrekt en de voeten worden op elkaar geplaatst9 (aanvullende figuur 1). De dode kever wordt uitgevoerd in rugligging met beide armen recht boven en de heupen en knieën gebogen in een hoek van 90 °. De oefening begint wanneer één arm boven het hoofd wordt gebogen en het contralaterale been zich uitstrekt. De tegenoverliggende arm en het been blijven in een neutrale positie en buigen en strekken zich uit zodra de oorspronkelijke bewegende arm en het been terugkeren naar de neutrale positie13 (aanvullende figuur 2 en aanvullende figuur 3).
De activering van de externe schuine stof varieert van 37% tot 62% van de maximale vrijwillige isometrische contractie (MVIC) tijdens de zijplank 11,12,14. Tijdens de dode bug is de activering van de externe schuine stof geregistreerd tussen 20% en 30% van MVIC voor slechts vijf herhalingen van de oefening15. De inwendige schuine en transversale abdomini’s, de diepere buikspieren van de laterale buikwand, activeren tussen de 22% en 28% van MVIC tijdens de zijplank12,14. Vanwege de overlappende aard van de interne schuine en transversale abdomini’s, zijn de twee spieren gecombineerd tijdens sEMG-verzameling14. Een beperking van sEMG is de overspraak van aangrenzende spieren, waarbij de sEMG-sensor mogelijk een output van een andere spier produceert, wat resulteert in een verkeerd begrip van activering16. Spierdiktemetingen verkregen met echografie kunnen worden gebruikt om deze beperking te verminderen, en deze meting is haalbaar tijdens rompoefeningen, zoals de eerder genoemde isometrischehouders 17.
Spierdikte van de laterale buikwand is geregistreerd tijdens de zijplank als een absolute grootte van verschil tussen gecontracteerde dikte en rustdikte. Op het 30 s-tijdstip van een zijplank nam de spierdikte van de interne schuine en externe schuine met respectievelijk 0,526 mm en 0,205 mm toe, respectievelijk17. Deze metingen werden geregistreerd in helderheidsmodus ultrageluid op een bepaald moment tijdens de zijplank. B-modus echografie wordt vaak uitgevoerd om voor en na beelden te beoordelen; deze methode maakt het echter slechts mogelijk om op twee tijdstippente meten 18. M-mode echografie biedt verhoogde voordelen in vergelijking met B-modus echografie, omdat het het begin van spieractivatie en spierdikte gedurende de gehele oefening kan detecteren met elk tijdstip dat kan worden geselecteerd voor meting18. Daarom is het algemene doel van het huidige protocol om een innovatieve en praktische meting van de spierfunctie te bieden met M-mode echografie en sEMG tijdens core endurance-oefeningen. Dit is gunstig voor onderzoekers en clinici om te begrijpen hoe spieren functioneren tijdens de duur van een oefening, vooral van een uithoudingsvermogen, in tegenstelling tot een meting geïsoleerd tot een enkel tijdstip.
Protocol
Representative Results
Discussion
M-mode echografie biedt het begin van spierweefselbeweging en spierdikteverandering tijdens real-time observatie van anatomie gedurende een geselecteerde tijd21. M-mode echografie in combinatie met sEMG biedt een algemeen begrip van de spierfunctie, inclusief elektrische representatie en visuele observatie. Deze instrumenten kunnen tijdens het sporten in tandem worden gebruikt om onderzoekers een globaal begrip van de spierfunctie te geven.
Specifieke training van ultra…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Geen.
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).
