Abstract
Theoretisch de elektromyografische (EMG) vermoeidheidsdrempel de inspanningsintensiteit een individu kunnen oneindig handhaven zonder de noodzaak om meer motoreenheden die wordt geassocieerd met een toename van de EMG amplitude werven. Hoewel verschillende protocollen zijn gebruikt om de EMG vermoeidheidsdrempel schatten ze meerdere bezoeken die onpraktisch voor een klinische setting zijn vereist. Hier presenteren we een protocol voor het schatten van de EMG vermoeidheidsdrempel voor cycle ergometer waarbij één bezoek vereist. Dit protocol is eenvoudig, handig en voltooid binnen 15-20 minuten, daarom heeft het potentieel om te worden vertaald in een instrument dat artsen kunnen gebruiken in voorgeschreven lichaamsbeweging.
Introduction
Oppervlakte elektromyografie (EMG) is een niet-invasieve benadering van het bestuderen van de motor rekrutering eenheid tijdens isometrisch 1-3, isokinetische 4-6, of continue 7-10 spier actie. De amplitude van het EMG-signaal representeert spieractivatie bestaande uit het aantal motorische eenheden geactiveerd, de vuursnelheid van de motoreenheden of beide 11. Het concept van de EMG vermoeidheidsdrempel wordt ingezet om de werklast waarin een individu onbeperkt kan uitoefenen zonder toename EMG amplitude 8 vermeld.
Het is belangrijk om kort besproken de oorsprong van de EMG vermoeidheidsdrempel. De oorspronkelijke studie door deVries et al. 12 betrof een protocol dat bestond uit meerdere (meestal 3 tot 4) discontinue werk periodes, waar de EMG amplitude versus de tijd voor elk werk wedstrijd werd uitgezet. Het vermogen werd vervolgens tegen de helling coëfficiënten van de EMG amplitude versus tijd Rela uitgezet kingen, en dan geëxtrapoleerd naar nul helling (de y-as) 12. De auteurs 12 oorspronkelijk genoemd dat protocol de fysieke werkcapaciteit aan de vermoeidheid drempel (PWCFT). In een andere studie, deVries et al. 13 gebruikt discontinue werken aanvallen, maar gebruikten lineaire regressie om de eerste vermogen dat in een significante helling van de EMG amplitude-tijd relatie te vinden. De auteurs 13 ook wel dat protocol de PWCFT, het creëren van enige verwarring in de literatuur. In een volgend artikel, deVries et al. 14 wijzigden hun vroegere protocol 13 en een continue incrementele protocol ontwikkeld. De EMG amplitude werd uitgezet tegen de tijd voor elke vermogen en de PWCFT werd gedefinieerd als het gemiddelde van de hoogste vermogen dat geen verandering in EMG amplitude in de tijd en de laagste vermogen die resulteerde in een toename van EMG amplitude in de tijd 14 .
ent "> Er zij opgemerkt dat de term PWC werd oorspronkelijk geïntroduceerd in de late jaren 1950 15,16 en is synoniem met een overvloed aan literatuur (verleden, heden en in verschillende landen) onderzoekt inspanningscapaciteit bij een bepaalde belasting 17. Bovendien de term wordt gebruikt in de ergonomische en industriële literatuur die zich richten op de dag-tot-dag productiviteit van werknemers die repetitieve actie tijdens 8 uur werkdagen zoals personen in een assemblagefabriek 18.De term EMG vermoeidheidsdrempel werd aanvankelijk gebruikt door Matsumoto en collega 19 na gewijzigde deVries 12 protocol waarbij het uitgangsvermogen versus helling coëfficiënten van de EMG amplitude-tijdsrelatie worden uitgezet en geëxtrapoleerd naar het nulpunt helling. Recenter Guffey et al. 20 en Briscoe et al. 8 gebruikte methode deVries et al. 14 en de terminologie van Matsumoto et al. 19 de EMG vermoeidheidsdrempel operationeel definiëren. Moving forward, raden wij aan dat de term EMG vermoeidheid drempel worden gebruikt. Aldus wordt de EMG amplitude-tijdsrelatie uitgezet per vermogen en vervolgens geanalyseerd met behulp van lineaire regressie-analyse (Figuur 1). Om de EMG vermoeidheidsdrempel, de hoogste vermogen met een niet-significant (p> 0,05) helling en de laagste vermogen met een significante schatting (p <0,05) slope wordt geïdentificeerd en wordt het gemiddelde berekend 14. Dit protocol is eenvoudig, handig en voltooid binnen 15-20 min. Bovendien kan de aanwaspercentage gemoduleerd gebaseerd op het niveau van de gewone lichaamsbeweging van het individu, en heeft derhalve potentiële toepassingen in klinische settings.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle procedures werden goedgekeurd door de Universiteit Institutional Review Board voor gebruik bij mensen.
1. Voorbereiding van het been van de Deelnemer
- Heeft de deelnemer netjes oprollen hun shorts voor de gewenste been. Dan tape de korte broek, zodat de quadriceps femoris groep is blootgesteld en trek een lijn rond het gebied van de deelnemer moet scheren.
- BELANGRIJK: Laat de deelnemer scheren hun benen voor de test in plaats van de vorige dag, omdat dit zorgt ervoor dat er geen stoppels, die kunnen interfereren met de EMG signaal.
- Zodra de deelnemer klaar is met het scheren van de gewenste gebied van het been, het reinigen van de geschoren gebied met alcohol om te zorgen dat er geen resten van de scheergel (of room), die kunnen interfereren met de EMG signaal.
2. Meting van Been voor Elektrodeplaatsing
- Om de EMG elektrode op de vastus lateralis spier Vul de following metingen
- Laat de deelnemer staan recht tegenover de onderzoeker.
- Zoek de voorste spina iliaca superieur (ASIS) en de laterale zijde van de patella. De ASIS is het heupbeen; palperen door het plaatsen van de kant aan weerszijden van de buik onder de navel.
- Met een meetlint, meet de afstand tussen de twee locaties hierboven genoemde en nemen 2/3 van deze waarde op de lijn van de ASIS aan de laterale zijde van de patella. Opmerking: Meer informatie over de plaatsing van EMG elektroden kan worden gevonden op de SENIAM (Surface Elektromyografie voor de niet-invasieve bepaling van Muscles) URL: http://www.seniam.org/
3. Plaatsing van de EMG elektroden
- Nadat de locatie van de vastus lateralis is geïdentificeerd, neemt de EMG-elektroden (meeste onderzoekers commercieel verkrijgbaar disposable Ag Ag-Cl-elektroden) en plaats over de vastus lateralis zonder de lijm shield. Daarna met een penteken het gebied waar het gelgedeelte van de elektrode contact maakt met de spier. Zorg ervoor dat de interelectrode afstand 20 mm hart-op-center.
- Gebruik een stuk schuurpapier (60 grof) voorzichtig schuren deze twee gebieden om de oppervlakkige lagen van de huid te verwijderen. Gedurende deze tijd, vraagt de deelnemer het niveau van hun ongemak. Stop schuren wanneer de deelnemer aangeeft het gebied is warm.
- Reinig de afgesleten gebieden met een handdoek die is bevochtigd met alcohol of een alcoholdoekje. Laat de omgeving op de poot te drogen alvorens de EMG-elektroden.
- Plaats de EMG-elektroden op de sites die werden geschuurd (figuur 2). Zorg ervoor dat u de elektroden op de iliotibiale band (IT-band) te plaatsen. Vraag de deelnemer aan de quadriceps femoris spieren samentrekken om de vastus lateralis betasten. Plaats de elektroden op de spier te verzekeren dat het niet aan de IT band. Opmerking: Als de elektroden op de IT-band, de EMG signaal would worden gedempt wanneer de deelnemer wordt gevraagd om maximaal contract.
- Plaats de referentie-elektrode (3e elektrode) op een boney aanhechtingsplaats zoals de ASIS dus niet bemoeien met de beweging van de onderste ledematen tijdens de oefening wedstrijd.
4. Controle van de EMG Signal
- Voorafgaand aan het starten van de oefening test, controleer dan de interelectrode impedantie.
Opmerking: Deze stap is van cruciaal belang, want als het signaal te veel ruis dan de EMG-gegevens tijdens de inspanningstest verzameld zijn ongeldig.- Heeft de deelnemer in een stoel zitten en sluit de EMG leidt tot hun respectieve elektroden op het been van de deelnemer.
- Op dit moment hebben ontspannen de deelnemers hun poot heeft geen spanning in de spier. Dan na ongeveer 30 sec van ontspanning, heeft de deelnemer maximaal contracteren hun quadriceps femoris spieren voor 5 sec en ga dan terug naar zijn volledig ontspannen.
- Bij het uitvoeren van de taak eenBove (stap 4.1.2), nemen de deelnemers EMG signaal op de computer.
- Zorg ervoor dat de interelectrode impedantie <2000 ohm. Bovendien, als een voltmeter is beschikbaar in het laboratorium, controleer dan de basislijn lawaai en te houden onder de 5 mV. Daarnaast stellen de bemonsteringsfrequentie op 1000 Hz.
5. Oprichting van de ergometer Cycle
- Na controle van de interelectrode impedantie, hebben de deelnemer verhuizing van de stoel om de cyclus ergometer.
- Laat de deelnemer staan naast de cyclus ergometer en hun knie te verhogen totdat de dij is parallel met de grond. Dan hebben de deelnemer Houd deze positie en stel de zithoogte op dezelfde hoogte als de dij van de deelnemer te passen.
- Daarna hebben de deelnemer zitten op de fiets ergometer zitting en vervolgens pedaal een paar keer, terwijl ze te vragen of ze zijn comfortabel met de zithoogte. Indien nodig, stel de zithoogte.
- Zorgen that benen van de deelnemer zijn in de buurt van volledige uitbreiding met een lichte buiging (~ 5 °) in de knieën tijdens elk pedaal revolutie.
- Voor aanvang van de test, hebben de deelnemer draagt een Polar hartslagmeter, zodat de hartslag gedurende de gehele oefening test kan worden gedocumenteerd.
6. Het uitvoeren van de Threshold Protocol EMG Vermoeidheid
- Heeft de deelnemer beginnen fietsen en geleidelijk verhogen hun cadans tot 70 toeren / min. Toenemen dan het vermogen over de cyclus ergometer tot 50 W.
- Heeft de deelnemer cyclus bij dit vermogen voor ongeveer 2-3 min.
Opmerking: Dit is een lage intensiteit van de training en zal dienen als de warm-up. - Na de warming-up periode, verhoging van het vermogen met 25 W om de 2 min totdat de deelnemer niet meer in staat om de 70 toeren / min cadans handhaven of vraagt dat de test worden gestopt.
Noot: Opgemerkt wordt dat tijdens de inspanningstest wordt het EMG signaal geconstateerd gedurende 10sec tijdperken tijdens elke 2 min podium voor sec 10-20, 30-40, 50-60, 70-80, 90-100 en 110-120 21. De meeste EMG systemen een optie om de automatische registratie ingesteld op het gewenste interval. Aldus, voor elke fase moeten er 6 gegevensbestanden. - Zodra de incrementele test is afgesloten, hebben de deelnemers het uitvoeren van een cool-down van 50 W. Controleer of de lengte van het afkoelen komt overeen met die van de deelnemer hartslag terug te keren naar de waarde tijdens de warm-up fase. Monitor dit door het controleren van de deelnemer hartslag met de Polar hartslagmeter.
- Zodra het afkoelen is voltooid, verwijdert u de EMG leidt en de deelnemer stap uit de fietsergometer en terug te keren naar de stoel. Dan is de EMG elektroden voorzichtig verwijderen en veeg de gebieden met een schone handdoek bevochtigd met alcohol of een alcoholdoekje.
7. Verwerking van de EMG Signal
- Nadat de test is voltooid, proCESS ruwe EMG databestanden die zijn verzameld tijdens de inspanningstest zodat de gegevens kunnen worden gebruikt om de EMG vermoeidheidsdrempel bepalen.
- Voer verwerking van het EMG signaal met ofwel de software die wordt gebruikt om de EMG signaal verzamelen of op maat geschreven software met behulp van verschillende platformen zoals MATLAB of LabVIEW.
- Filter de verzamelde EMG signalen met behulp van een band-pass filter. Met een instelling van 10 tot 500 Hz. Opmerking: Dit verandert de frequentie van het signaal, zodat laagfrequente artefacten als gevolg van beweging van de EMG draden (<10 Hz) en hoogfrequente voorwerpen uit de omgeving (> 500 Hz), wordt verwijderd. Gebruik een notch filter van 60 Hz als er een storing van de stroomvoorziening van de computer of EMG systeem.
- Zodra het signaal is gefilterd, bepalen de signaalamplitude door het berekenen van de effectieve waarde van het signaal: Plein elk van de datapunten, vatten ze, delen door het aantal data punten, neem dan de vierkantswortel van de resulterende waarde. Voer deze berekeningen met de eerder genoemde software.
8. Het bepalen van de EMG Vermoeidheid Drempel voor elke deelnemer
- Voer de volgende stappen voor elke deelnemer.
- Na het EMG-signaal is verwerkt; gebruik maken van een statistisch programma (bijvoorbeeld: GraphPad Prism) en label de eerste kolom "Time" en de kolommen met de vermogens die voor de test.
- Voor elk vermogen, vul in de bijbehorende EMG amplitude waarde voor elke 20 sec interval.
- Per vermogen, analyseert de tijd (x-as) versus EMG amplitude (y-as) verhouding met lineaire regressie te bepalen of de helling van de regressielijn significant (p <0,05) verschillend van nul.
- Na het uitvoeren van de lineaire regressies voor vermogens identificeer de hoogste vermogen met een niet-significant (p> 0,05) helling.
- Identificeren dan de lschuldig zijt vermogen met een significant (p <0,05) helling.
- Zodra deze beide vermogens geïdentificeerd, voeg hen en delen door 2; de resulterende vermogen is de verwachte EMG vermoeidheid drempel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Zoals getoond in figuur 1, voor één deelnemer, elk vermogen opgeleverde zes gegevenspunten die de EMG amplitude vertegenwoordigt de vastus lateralis. Daarom is in dit voorbeeld het hoogste vermogen met een niet-significant (p> 0,05) helling 200 watt, terwijl de laagste vermogen met een significant (p <0,05) helling 225 W. Daarom is voor deze deelnemer het EMG vermoeidheid drempel is 213 W. Als de EMG vermoeidheid drempel wordt bepaald voor elke deelnemer dan inferentiële statistiek kunnen worden uitgevoerd.
Figuur 1: Representatieve resultaten voor een enkele deelnemer. Lineaire regressie werd uitgevoerd voor de EMG amplitude-tijdsrelatie voor elk vermogen. Het vermogen aangegeven door de rode pijl (200 W) is dehoogste vermogen met een niet-significant (p> 0,05) helling, terwijl het vermogen door de groene pijl (225 W) van minimaal stroomverbruik uitgang met een significant (p <0,05) helling. Het gemiddelde van deze twee vermogens equal 213 W, dat de EMG FT.
Figuur 2:. Voorstelling van de elektrodeopstelling de vastus lateralis spier Daarnaast heeft geleverd visueel waar de EMG-elektroden worden gehouden gedurende de rectus femoris en vastus medialis spieren. Specifieke aanwijzingen voor EMG elektrode geplaatst is te vinden op de volgende website: http://www.seniam.org.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
We stellen hier een werkwijze voor het bepalen van neuromusculaire vermoeidheid in de quadriceps femoris voor dynamische oefenen. Deze werkwijze verschaft een eenvoudige en niet-invasieve manier waarop hij met oppervlakte EMG. Bovendien is de veelzijdigheid van deze methode is dat onderzoekers kan aanpassen aan andere vormen van lichaamsbeweging, zoals de loopband 20.
Theoretisch voor intensiteiten op of onder de EMG vermoeidheidsdrempel de deelnemer kunnen de uitoefening oneindig 12,13 sustain workbout. Briscoe et al. 8 gevalideerd de EMG vermoeidheid drempel voor cyclus ergometrie. Bij verschillende gelegenheden elke deelnemer uitgeoefend op 70%, 100% en 130% van hun EMG vermoeidheid drempel. De auteurs gevonden dat voor 70% tot 100% van het EMG vermoeidheidsdrempel deelnemers niet EMG amplitude toegenomen tijdens de oefening werkdruk 8. Voor de werklast aan 130% van EMG vermoeidheidsdrempel echter deelnemers vertoonde eensignificante toename EMG amplitude 8. Briscoe et al. 8 geconcludeerd dat de EMG vermoeidheid drempel voor cyclus ergometrie was een geldig protocol om neuromusculaire vermoeidheid bepalen tijdens continu oefening.
Met betrekking tot de kritische stappen in het protocol en het oplossen van problemen te overwegen het volgende. Als er te veel ruis in het EMG signaal bij het uitvoeren van stap 4.1.2 dan eerst de verbinding tussen de EMG elektroden en de installatie waarin het signaal. Vaak, de EMG leads mogelijk niet goed aangesloten op de EMG-elektrode. Ten tweede, de gebieden waar de elektroden geplaatst zijn behoefte om vrij van haar en voelen glad aanvoelt in plaats van ruwe (dat wil zeggen, het scheren stoppels). Daarom is ervoor te zorgen dat al het haar grondig wordt verwijderd op locaties waar de EMG elektrode wordt geplaatst. Ook is het belangrijk om het gebied schoon te maken na de schurende voltooid. Nogmaals, het doel is om een schoon en glad oppervlak. Ten derde, the centrumgebied van de EMG-elektrode niet droog en zo dus gebruik conductantie gel (zoals gebruikt voor ultrageluid) als een supplement. Zorg ervoor dat de gel spaarzaam te gebruiken, omdat teveel gel kunnen interfereren met de hechting van de EMG-elektrode. Samengevat, deze punten gemeenschappelijke schuldigen die de ruis in het EMG-signaal te vergroten en zo besmetting van de data.
Hoewel de EMG FT protocol is veelzijdig zijn er mogelijke beperkingen aan de toepassing in een klinische setting. Zo kunnen bepaalde klinische populaties niet testprotocol tolereren. Dat wil zeggen, terwijl de toename van de werklast kunnen worden gemodificeerd (bijvoorbeeld, 5 W in plaats van 25 W per trap) patiënten met ernstige respiratoire en / of cardiale ziekten voortijdig vermoeidheid tijdens de beginfase van de test. Een andere mogelijke beperking is dat de quadriceps femoris spieren zijn allemaal tijdens de cyclus ergometrie geactiveerd; echter het EMG-signaal wordt opgenomen vanaf één vandeze spieren. Tot op heden zijn er geen studies van de EMG FT bepaald over de drie oppervlakkige quadriceps femoris spieren voor cyclus ergometrie om te bepalen of er verschillen zijn tussen de spieren.
Samengevat, de werkwijze van het schatten van de EMG vermoeidheidsdrempel uit één tussentijdse inspanningstest is nuttig om te beoordelen neuromusculaire vermoeidheid tijdens dynamische oefening. Bovendien is deze test geeft een objectieve methode bepalen van de effectiviteit van verschillende interventies spiervermoeidheid verzwakken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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) |
References
- Hendrix, C. R., et al. Comparison of critical force to EMG fatigue thresholds during isometric leg extension. Medicine and science in sports and exercise. 41, 956-964 (2009).
- Herda, T. J., et al. Quantifying the effects of electrode distance from the innervation zone on the electromyographic amplitude versus torque relationships. Physiological measurement. 34, 315-324 (2013).
- Ryan, E. D., et al. Inter-individual variability among the mechanomyographic and electromyographic amplitude and mean power frequency responses during isometric ramp muscle actions. Electromyography and clinical neurophysiology. 47, 161-173 (2007).
- Beck, T. W., et al. The influence of electrode placement over the innervation zone on electromyographic amplitude and mean power frequency versus isokinetic torque relationships. Journal of neuroscience. 162, 72-83 (2007).
- Beck, T. W., Stock, M. S., DeFreitas, J. M. Time-frequency analysis of surface electromyographic signals during fatiguing isokinetic muscle actions. Journal of strength and conditioning research / National Strength, & Conditioning Association. 26, 1904-1914 (2012).
- Evetovich, T. K., et al. Mean power frequency and amplitude of the mechanomyographic signal during maximal eccentric isokinetic muscle actions. Electromyography and clinical neurophysiology. 39, 123-127 (1999).
- Blaesser, R. J., Couls, L. M., Lee, C. F., Zuniga, J. M., Malek, M. H. Comparing EMG amplitude patterns of responses during dynamic exercise: polynomial versus log-transformed regression. Scandinavian journal of medicine, & science in sports. In press, (2015).
- Briscoe, M. J., Forgach, M. S., Trifan, E., Malek, M. H. Validating the EMGFT from a single incremental cycling testing. International journal of sports medicine. 35, 566-570 (2014).
- Zuniga, J. M., et al. Neuromuscular and metabolic comparisons between ramp and step incremental cycle ergometer tests. Muscle. 47, 555-560 (2013).
- Mastalerz, A., Gwarek, L., Sadowski, J., Szczepanski, T. The influence of the run intensity on bioelectrical activity of selected human leg muscles. Acta of bioengineering and biomechanics / Wroclaw University of Technology. 14, 101-107 (2012).
- Basmajian, J. V., De Luca, C. J. Muscles alive, their functions revealed by electromyography. , 5th edn, Williams, & Wilkins. (1985).
- Vries, H. A., Moritani, T., Nagata, A., Magnussen, K. The relation between critical power and neuromuscular fatigue as estimated from electromyographic data. Ergonomics. 25, 783-791 (1982).
- Vries, H. A., et al. A method for estimating physical working capacity at the fatigue threshold (PWCFT). Ergonomics. 30, 1195-1204 (1987).
- Vries, H. A., et al. Factors affecting the estimation of physical working capacity at the fatigue threshold. Ergonomics. 33, 25-33 (1990).
- Astrand, I. The physical work capacity of workers 50-64 years old. Acta physiologica Scandinavica. 42, 73-86 (1958).
- Hettinger, T., Birkhead, N. C., Horvath, S. M., Issekutz, B., Rodahl, K.
- Smith, J. L. International encyclopedia of ergonomics and human factors. Karwowsk, W. , CRC/Taylor, & Francis. (2006).
- Kenny, G. P., Yardley, J. E., Martineau, L., Jay, O. Physical work capacity in older adults: implications for the aging worker. American journal of industrial medicine. 51, 610-625 (2008).
- Matsumoto, T., Ito, K., Moritani, T. The relationship between anaerobic threshold and electromyographic fatigue threshold in college women. European journal of applied physiology. 63, 1-5 (1991).
- Guffey, D. R., Gervasi, B. J., Maes, A. A., Malek, M. H. Estimating electromygraphic and heart rate fatigue threshold from a single treadmill test. Muscle. 46, 577-581 (2012).
- Camic, C. L., et al. The influence of the muscle fiber pennation angle and innervation zone on the identification of neuromuscular fatigue during cycle ergometry. Journal of electromyography and kinesiology : official journal of the International Society of Electrophysiological Kinesiology. 21, 33-40 (2011).
