确定肌电疲劳阈值以下单次访问运动试验

Abstract

从理论上讲，肌电图（EMG）疲劳阈是运动强度个人可以无限期地保持，而不需要招募其与增加的肌电振幅相关联的更多的运动单位。虽然不同的协议已被用于估计肌电疲劳阈它们需要多次访问这是不切实际的临床环境。在这里，我们提出了一个协议，用于估算周期测力肌电图疲劳阈值，需要一个单一的访问。这个协议是简单，方便，并在15-20分钟内完成，因此，具有将其转化为临床医生在运动处方可以使用工具的潜力。

Introduction

表面肌电图（EMG）是研究过程中等距^1-3运动单位招聘，等速^4-6，或连续^7-10肌肉动作的一种非侵入性的方法。肌电图信号的振幅表示肌肉激活它由电机单元的数目激活的马达单元的燃烧率，或两者^11。的肌电疲劳阈的概念被用来指示在其中个人可以无限期地行使不增加肌电振幅⁸的最高工作负荷。

重要的是要简要讨论的肌电疲劳阈原点。由DeVries医师等人 ¹²的最初的研究涉及一种协议，它由多个（通常为3至4个）连续工作较量，其中肌电振幅对时间作图每个工作回合。然后，输出功率为作图从EMG幅度的斜率系数随时间RELA tionship，然后外推至零斜率（y截距^）12。笔者原本¹²被称为该协议的实际工作能力，在疲劳阈值（PWCFT）。在另一项研究中，DeVries医师等 ¹³间断使用一阵阵的工作，但使用的是线性回归找到第一动力输出，导致了肌电图振幅随时间的关系显著斜率。作者¹³也被称为该协议的PWCFT，开创了文学有些混乱。在随后的文章中，DeVries医师等 ¹⁴修改他们早先的协议^13，并制定了持续渐进的协议。肌电振幅对时间作图的每个功率输出和PWCFT被定义为输出功率最高的，导致在肌电振幅没有随时间的变化和功率输出最低，导致增加的EMG振幅随着时间的推移¹⁴的平均。

耳鼻喉科“>应当指出的是，预委会最初引入在20世纪50年代后期^15,16和术语是同义的过多文献（过去，现在，和在不同的国家）检查在给定的工作负载¹⁷有氧能力，此外，这个词用在人体工程学和工业文献其中重点为期8个小时工作日内完成重复性动作工人一天到一天的工作效率，例如在一个组装厂¹⁸个人。

术语肌电疲劳阈最初使用由Matsumoto和同事¹⁹它们改性的DeVries医师¹²协议，其中所述功率输出与所述EMG振幅对时间关系的斜率系数被绘制并外推至零斜率的点之后。最近，古费等人 ²⁰和布里斯科等人 ⁸使用DeVries医师等人 ¹⁴的方法和Matsumoto 等一个术语负于¹⁹操作性定义肌电图疲劳阈值。展望未来，我们建议长期EMG疲劳阈值来使用。因此，EMG振幅对时间的关系，绘制用于 ​​每个输出功率并使用线性回归分析（ 图1）进行分析。为了估计肌电疲劳阈值时，功率输出最高与非显著（P> 0.05）的斜率和功率输出最低有显著（P <0.05）斜率被确定，然后计算平均值^14。这个协议是简单，方便，并在15-20分钟内完成。此外，增量速率可以基于惯常的体力活动的个体的水平进行调制，并且因此具有在临床应用潜力。

Protocol

所有的程序都为人类受试者批准的大学机构审查委员会。

1.准备参展的腿

1. 有参与者整齐地挽起短裤所需的腿部。然后用胶带将短裤从而使股四头肌肌肉群暴露和借鉴各地的参与者需要刮胡子的区域线。
2. 重要提示：有测试，而不是以前的前一天参加剃光的腿，因为这可确保没有茬口这可能与肌电信号干扰。
3. 一旦参与者已完成剃须腿部的所需区域，清理剃光面积与酒精擦，以确保没有残存的剃须凝胶（或奶油），它可以与肌电信号的干扰。

2.测量腿的电极放置

1. 为了将肌电电极上的股外侧肌，使FOllowing测量
   1. 有与会者站直面临的研究员。
   2. 定位前脊柱髂优越（ASIS）和髌骨的侧面。该ASIS是髋骨;通过将手放在脐下腹部两侧触诊它。
   3. 用卷尺，测量上面确定的两个位置之间的距离，并取该值的2/3就行从ASIS到髌骨的横向侧。注：http://www.seniam.org/：关于肌电电极安置的进一步的信息可以在SENIAM（表面肌电图肌肉的非侵入性评估）网址找到

3.放置肌电电极的

1. 股外侧的位置已被确定后，将电极肌电图（大多数研究人员使用市售一次性银银电极氯），地点在股外侧肌无需拆卸粘合SH屈服。然后用钢笔标记，其中所述电极的凝胶部分与肌肉接触的区域。确保极间距离为20mm的中心到中心。
2. 用一张砂纸（60粗）的轻轻研磨这两方面来消除皮肤的表层。在此期间，请参加者的不适的水平。停止研磨，当参与者表示该地区是温暖的。
3. 与被蘸有酒精擦或酒精棉签毛巾清洁磨损领域。允许在腿上放置区的肌电电极之前进行干燥。
4. 将肌电电极上进行研磨的位点（ 图2）。小心不要对髂胫束（IT波段）的电极。请参与者收缩股四头肌的肌肉，以触诊股外侧。放置在肌肉的电极，以确保它不是对IT频带。注意：如果对IT乐队电极，肌电信号WOU当参与者被要求最大限度合同LD被挫伤。
5. 放置在一个多骨附着位点的参考电极（ ^第三电极）如ASIS从而不与下肢的运动的运动回合期间干扰。

4.检查肌电图信号

1. 在此之前开始运动试验，检查极间的阻抗。
   注：这一步非常关键，因为如果信号有太多的噪音，然后在运动试验中收集的肌电图的数据将是无效的。
   1. 有参与者坐在椅子上，并连接EMG导致连接到参与者的腿部各自的电极。
   2. 在这一点上，有与会者放松自己的腿，有肌肉无张力。然后，大约30秒的放松后，有参与者最大限度的收缩股四头肌肌肉持续5秒钟，然后回去做彻底的放松。
   3. 当执行该任务的博韦（步骤4.1.2），记录在计算机上的参与者肌电信号。
   4. 确保极间阻抗<2000欧姆。此外，如果一个电压表可在实验室中，然后检查基线噪音并保持低于5μV。此外，设置取样频率在1000赫兹。

5.设定行动的功率自行车

1. 检查极间的阻抗后，已经从椅​​子到功率自行车参与者的举动。
2. 有参与者站在旁边的功率自行车，并提高他们的膝盖直到大腿与地面平行。然后让参与者持这一立场，并调整座椅高度来匹配相同的高度参与者的大腿。
3. 此后，有与会者坐在功率自行车的座位，然后踏板几次，同时询问他们是否有舒适的座椅高度。如果需要，调整座椅高度。
4. 确保THAT中的参与者的腿是接近满延用，每个踏板革命期间轻微的弯曲（〜5℃）的膝盖。
5. 在开始测试之前，有参与者戴上极地心脏监测仪，使心脏速率可以记录整个运动试验。

6.执行肌电图疲劳阈协议

1. 有参与者开始循环，并逐步增加他们的节奏，以70转/分。那么功率输出的功率自行车增加至50 ​​W.
2. 有与会者循环在这个功率输出大约2-3分钟。
   注：这是一种低强度的运动，并将作为热身。
3. 预热期后，增加功率输出25瓦，每2分钟，直到参与者不再能够维持70转/分的节奏或要求该测试被停止。
   注意：应该注意的是，运动试验中，肌电图信号被记录为10在每个2分阶段秒10-20，30-40，50-60，70-80，90-100秒的时代，和110-120 ^21。大多数肌电图系统将有一个选项可以设置自动记录在所需的时间间隔。因此，对于每个阶段应该有6个数据文件。
4. 一旦增量测试已经结束，有参加者在50进行冷却W.检查冷却的长度相当于其参与者的心脏回报率的值在热身阶段。通过使用极性心脏监测仪检查参与者的心脏监测这一点。
5. 一旦冷却完成后，取出EMG领导和有参与者走下功率自行车，回到椅子上。然后小心地取出电极肌电图，并用干净的毛巾蘸有外用酒精或酒精棉签擦拭地区。

7.处理肌电信号

1. 测试完成后，亲CESS运动试验期间收集的，使得数据可被用来确定肌电疲劳阈值的原始肌电图数据文件。
   1. 无论使用哪种用于收集肌电信号的软件或使用各种平台如MATLAB或LabVIEW的定制编写的软件进行肌电信号处理。
   2. 过滤用的带通滤波器所收集的EMG信号。使用10设置到500赫兹。注意：此改变，使得低频率引起的伪像的肌电图信息（<10赫兹）和高频人为从环境运动（> 500赫兹），将被删除的信号的频率。使用60Hz的陷波滤波器，如果有从计算机或肌电图系统的电源的任何干扰。
   3. 一旦信号已经被过滤，通过计算均方根信号的平方值确定的信号振幅：方形每个数据点，通过数据点的数目求和它们，除，再取所得值的平方根。执行这些计算使用上述软件。

8.确定肌电图疲劳阈值每位参与者

1. 执行每个参与者以下步骤。
   1. 经过肌电图信号已被处理;使用统计程序（ 例如 ：的GraphPad棱镜），并与用于试验的功率输出标记的第一列“时间”和随后的列。
   2. 每个电源输出，填充在每个20秒的时间间隔相应的肌电振幅值。
   3. 每个电源输出，分析的时间（x轴）与肌电振幅（y轴）与线性回归关系，以确定是否回归直线的斜率是显著从零（P <0.05）差异。
   4. 后进行线性回归分析所有功率输出，确定最高功率输出与非显著（P> 0.05）斜率。
   5. 然后确定第lowest功率输出与显著（P <0.05）斜率。
   6. 一旦这两个功率输出已经确定，将它们添加和除以2;所得功率输出是估计的肌电图疲劳阈值。

Representative Results

如图1，对于单个参与者，即完成了每个功率输出具有代表肌电振幅为股外侧肌的六个数据点。因此，在这个例子中，最高功率输出与非显著（P> 0.05）斜率为200瓦，而动力输出最低有显著（P <0.05）斜率为225 W.因此，对于该与会者的肌电疲劳阈是213 W·一旦肌电疲劳阈值确定每个参与者然后推论统计可以被执行。

图1：一个参与者的代表性结果。下进行的肌电振幅对每个功率输出的时间关系的线性回归的功率输出由红色箭头（200瓦）表示为最高功率输出与非显著（P> 0.05）斜率，而功率输出由绿色箭头（225瓦）表示为功率输出最低有显著（P <0.05）斜率。这两个功率输出平均等于213 W，这是EMG _FT。

图2：描写为股电极布置外侧肌此外，我们提供了一个可视的，其中肌电电极放置为股直肌和股内侧肌。 http://www.seniam.org：肌电图电极放在特定的方向可以在以下网站上找到。

Discussion

我们在这里提出对确定神经肌肉股四头肌疲劳的方法肌肉股四头肌动态运动。这种方法提供了一个简单的和非侵入性的方式使用表面肌电信号。此外，该方法的通用性，研究人员可以使其适应于行使其他模式，如在跑步机^20。

从理论上讲，对于强度等于或低于肌电疲劳阈参与者应能维持锻炼workbout无限期^12,13。布里斯科等 ⁸证实为周期测力肌电图疲劳阈值。上分开的场合每个参与者行使在70％，100％，以及它们的肌电疲劳阈130％。研究人员发现，70％和肌电图疲劳阈参与者100％没有足够的负荷运动期间⁸ EMG增加幅度。对于工作量的肌电图疲劳阈值130％，但是，与会者表现出显著增加幅度EMG ^8。布里斯科等 ⁸总结说，循环测力肌电图疲劳阈值是一个有效的协议连续运动过程中，以确定神经肌肉疲劳。

就在协议和故障诊断关键步骤考虑下。如果执行步骤4.1.2时，有太多的噪音在肌电信号，然后首先检查肌电电极和设备记录的信号之间的连接。通常情况下，肌电图导线可能未正确连接到肌电电极。其次，这里的电极放置需要的领域是无任何的头发和手感光滑的触感，而不是粗糙的（ 即剃须茬口）。因此，确保所有的头发在位置彻底清除那里的肌电电极的放置位置。另外，一旦研磨完成清理面积是重要的。再次，我们的目标是有一个干净的和光滑的表面。第三，日肌电电极电子商务中心区域不应该是干的，如果是使用导凝胶（如用于超声那些）作为补充。确保使用凝胶谨慎，因为过多的胶可能与肌电电极的粘附性干扰。总之，这些项目是其增加噪声的肌电信号，从而污染数据常见的罪魁祸首。

虽然肌电图_FT协议是通用的还有其在临床上的应用程序可能存在的局限性。例如，某些临床人群可能无法容忍的测试协议。也就是说，当增加的工作量可以修改（ 即 ，5瓦，而不是25瓦 ​​每级）的患者有严重的呼吸和/或心脏疾病可能过早疲劳在试验的初始阶段。另一个潜在的局限性是，股四头肌肌肉在周期测力都激活;然而，肌电图信号从只有一个记录这些肌肉。迄今为止，还没有研究已经确定了肌电_FT横跨三个浅股四头肌肌肉周期测力以确定是否有肌肉之间的差异。

综上所述，从一个单一的增量运动试验估计肌电图疲劳阈值的方法是动态的运动时肌肉评估疲劳的有用工具。此外，该测试提供确定削弱肌肉疲劳各种干预的功效的客观方法。

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)