Abstract
Theoretisch ist die elektromyographische (EMG) Ermüdungsschwelle der Trainingsintensität einer einzelnen unbegrenzt ohne die Notwendigkeit, mehrere Motoreinheiten, die mit einer Erhöhung der EMG-Amplitude zugeordnet ist, zu rekrutieren aufrechterhalten kann. Auch wenn verschiedene Protokolle verwendet wurden, um die EMG Ermüdungsschwelle schätzen sie erfordern mehrere Besuche, die unpraktisch einer klinischen Umgebung sind. Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Schätzung des EMG Ermüdungsschwelle für Fahrradergometrie die einen einzigen Besuch erfordert. Dieses Protokoll ist einfach, bequem und innerhalb von 15-20 min abgeschlossen, daher hat das Potenzial, zu einem Werkzeug, das Kliniker kann in Übung Rezept verwenden, übersetzt werden.
Introduction
Oberflächen-Elektromyographie (EMG) ist eine nicht-invasive Ansatz des Studiums Rekrutierung motorischer Einheiten während isometrische 1-3, isokinetische 4-6, 7-10 oder kontinuierlichen Muskeltätigkeit. Die Amplitude des EMG-Signals darstellt Muskelaktivierung, die von der Anzahl der Motoreinheiten aktiviert wird, die Brennrate der Motoreinheiten oder beides 11 besteht. Das Konzept des EMG Ermüdungs Schwellenwert wird verwendet, um die höchste Arbeitslast in dem ein Individuum kann beliebig oft ohne eine Erhöhung der EMG-Amplitude 8 Aktivität anzuzeigen.
Es ist wichtig, kurz Diskussion der Ursprung des EMG Ermüdungsgrenze. Die ursprüngliche Studie von de Vries et al. 12 involviert ein Protokoll, das (in der Regel 3 bis 4) diskontinuierlichen Arbeitskämpfen, wo die EMG-Amplitude wurde gegen die Zeit für jeden Arbeitskampf aufgetragen mehrerer bestand. Die Leistung wurde dann gegen die Steigungskoeffizienten von der EMG Amplitude über der Zeit aufgetragen rela hung und dann auf Null Steigung (die y-Achsenabschnitt) 12 extrapoliert. Die Autoren 12 ursprünglich genannt, dass das Protokoll der physischen Arbeitsfähigkeit bei der Ermüdungsschwelle (PWCFT). In einer anderen Studie deVries et al. 13 verwendet diskontinuierlichen Arbeits Anfällen, aber verwendet linearen Regression, um die erste Ausgangsleistung, die zu einer erheblichen Steigung für die EMG-Amplitude gegenüber der Zeit-Beziehung resultiert finden. Die Autoren 13 auch als das Protokoll der PWCFT, wodurch einige Verwirrung in der Literatur. In einem nachfolgenden Artikel, deVries et al. 14 modifiziert ihren früheren Protokoll 13 und entwickelte eine kontinuierliche inkrementelle Protokoll. Die EMG-Amplitude gegen die Zeit für jeden Ausgangsleistung aufgetragen, und die PWCFT wurde als Durchschnitt der höchsten Leistung, die zu keiner Änderung der EMG-Amplitude über die Zeit und dem niedrigsten Ausgangsleistung, die zu einer Erhöhung der EMG-Amplitude über die Zeit 14 in Folge geführt definierte .
ent "> Es ist zu beachten, dass der Begriff PWC wurde ursprünglich in den späten 1950er Jahren 15,16 eingeführt und ist gleichbedeutend mit einer Fülle von Literatur (Vergangenheit, Gegenwart und in verschiedenen Ländern) Prüfung aerobe Kapazität zu einem bestimmten Arbeitsbelastung 17 werden. Außerdem der Begriff wird in der ergonomischen und industriellen Literatur, die am Tag zu Tag die Produktivität der Arbeitnehmer sich wiederholende Aktion während 8 Stunden Arbeitstage zu konzentrieren, wie Menschen in einem Montagewerk 18 verwendet.Der Begriff EMG Ermüdungsschwelle wurde ursprünglich von Matsumoto und Mitarbeitern 19 verwendet werden, nachdem sie die deVries 12 Protokoll, bei dem die Ausgangsleistung als auch das Gefälle Koeffizienten des EMG-Amplitude als Funktion der Zeit aufgetragen sind und Beziehung zu dem Punkt der Steigung Null extrapoliert modifiziert. In jüngerer Guffeys et al. 20 und Briscoe et al. 8 verwendet die Methode der deVries et al. 14 und die Terminologie der Matsumoto et al. 19 operativ definieren die EMG Ermüdungsschwelle. Moving forward, empfehlen wir, dass der Begriff EMG Ermüdungsschwelle verwendet werden. Somit wird die EMG-Amplitude gegenüber der Zeit-Beziehung für jede Ausgangsleistung aufgetragen, und unter Verwendung einer linearen Regressionsanalyse (Figur 1) analysiert. Um die EMG Ermüdungs Schwelle der höchsten Leistung mit einer nicht-signifikant (p> 0,05) Steigung und dem niedrigsten Ausgangsleistung mit einer signifikanten Schätzung (p <0.05) Steigung identifiziert wird, und dann der Durchschnitt berechnet 14. Dieses Protokoll ist einfach, bequem und innerhalb von 15-20 min abgeschlossen. Darüber hinaus kann die inkrementelle Rate basierend auf der individuellen Ebene der gewöhnlichen körperlichen Aktivität moduliert werden, und hat daher potenzielle Anwendungen im klinischen Umfeld.
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Protocol
Alle Verfahren wurden von der Universität Institutional Review Board an Menschen genehmigt.
1. Herstellung des Teilnehmers Leg
- Haben die Teilnehmer ordentlich aufrollen ihre Shorts für den gewünschten Bein. Dann kleben Sie die Shorts, so dass die Quadrizeps femoris Gruppe ausgesetzt ist, und ziehen Sie eine Linie um den Bereich, der Teilnehmer muss sich zu rasieren.
- WICHTIG: Lassen Sie die Teilnehmer rasieren ihre Bein vor dem Test eher als am Vortag, da dies stellt sicher, dass es keine Stoppeln, die mit dem EMG-Signal stören können.
- Sobald der Teilnehmer hat der Rasur den gewünschten Bereich des Beins beendet ist, reinigen Sie die rasierte Fläche mit Alkohol, um sicherzustellen, dass keine Reste der Rasiergel (oder Sahne), die mit dem EMG-Signal stören können.
2. Messung der Bein für Elektrodenplatzierung
- Um die EMG-Elektrode auf der vastus lateralis platzieren, machen den following Messungen
- Haben die Teilnehmer stehen gerade mit Blick auf die Forscher.
- Suchen Sie den vorderen spina iliaca superior (SIAS) und die laterale Seite der Kniescheibe. Die ASIS ist der Hüftknochen; Palpieren es durch Anordnen der Hand auf beiden Seiten des Abdomens unterhalb des Nabels.
- Mit einem Maßband, den Abstand zwischen den beiden Stellen oberhalb identifiziert und nehmen 2/3 dieses Wertes an der Leitung aus der ASIS zur lateralen Seite der Patella. Hinweis: http://www.seniam.org/: Weitere Informationen zur Platzierung der EMG-Elektroden auf der SENIAM (Surface Elektromyographie für die nicht-invasive Beurteilung der Muskeln) URL gefunden werden
3. Platzierung der EMG Elektroden
- Nachdem die Lage der vastus lateralis identifiziert worden ist, nehmen Sie die EMG-Elektroden (die meisten Forscher handelsübliche Einweg Ag-Ag-Cl-Elektroden) und legen Sie über den vastus lateralis, ohne den Klebstoff shield. Dann mit einem Stift markieren den Bereich, in dem das Gel Abschnitt der Elektrode in Kontakt mit dem Muskel. Sicherzustellen, dass der Elektrodenabstand 20 mm von Mitte zu Mitte.
- Verwenden Sie ein Stück Sandpapier (60 grob) sanft abzuschleifen diese beiden Bereiche, um die oberflächliche Schicht der Haut zu entfernen. Während dieser Zeit, fragen Sie die Teilnehmer Grad ihrer Beschwerden. Stoppen Abschleifen, wenn der Teilnehmer zeigt das Gebiet ist warm.
- Reinigen Sie die abgeriebenen Bereiche mit einem Tuch, das mit Alkohol oder einem Alkoholtupfer gedämpft wird. Damit der Bereich auf dem Bein auf, bevor die EMG-Elektroden zu trocknen.
- Platzieren Sie die EMG-Elektroden an den Seiten, die abgerieben wurden (Abbildung 2). Achten Sie darauf, die Elektroden auf dem Tractus iliotibialis (IT-Band) zu platzieren. Fragen Sie die Teilnehmer, die quadriceps femoris Muskeln, um die vastus lateralis tasten zusammenzuziehen. Die Elektroden werden auf den Muskel zu gewährleisten, ist es nicht auf dem IT-Band. Hinweis: Wenn Sie die Elektroden auf der IT-Band, das EMG-Signal would gedämpft werden, wenn der Teilnehmer wird gebeten, Vertrags maximal.
- Legen Sie die Referenzelektrode (3 rd Elektrode) auf einem boney Befestigungsstelle, wie beispielsweise die ASIS also nicht mit der Bewegung der Beine während der Trainingseinheit zu stören.
4. Überprüfen der EMG Signal
- Vor Beginn der Belastungstest, überprüfen Sie die Interelektrodenimpedanz.
Hinweis: Dieser Schritt ist wichtig, weil, wenn das Signal zu viel Lärm dann die EMG-Daten während des Belastungstests gesammelt werden ungültig.- Haben die Teilnehmer in einem Stuhl sitzen und verbinden die EMG führt zu ihrer jeweiligen Elektroden des Teilnehmers Bein befestigt.
- Zu diesem Zeitpunkt haben die Teilnehmer Entspannung ihrer Bein, ohne Spannung in der Muskulatur. Dann nach ca. 30 sec der Entspannung, haben die Teilnehmer maximal Vertrag ihre quadriceps femoris Muskeln für 5 Sekunden und dann wieder davon, dass völlig entspannt.
- Bei der Durchführung der Aufgabe einBove (Schritt 4.1.2), notieren Sie die Teilnehmer EMG-Signal auf dem Computer.
- Stellen Sie sicher, dass die Interelektrodenimpedanz <2,000 Ohm. Außerdem, wenn ein Voltmeter ist im Labor zur Verfügung, dann überprüfen Sie die Basislinienrauschen und halten unter 5 & mgr; V. Darüber hinaus stellen Sie die Sampling-Frequenz auf 1000 Hz.
5. Einrichten des Fahrradergometer
- Nach Überprüfung der Interelektrodenimpedanz, haben die Teilnehmer bewegen sich aus dem Sessel zu dem Fahrradergometer.
- Haben die Teilnehmer stehen neben dem Fahrradergometer und heben ihre Knie, bis die Oberschenkel parallel zum Boden ist. Dann haben die Teilnehmer halten Sie diese Position und stellen Sie die Sitzhöhe um die gleiche Höhe wie der Teilnehmer Oberschenkel entsprechen.
- Danach haben die Teilnehmer sitzen auf dem Fahrradergometer Sitz und dann ein paar Mal in die Pedale treten, während fragen, ob sie bequem mit der Sitzhöhe sind. Falls erforderlich, stellen Sie die Sitzhöhe.
- Stellen Sie sicher, that Beine der Teilnehmer sind in der Nähe von Vollauszug mit einer leichten Biegung (~ 5 °) in die Knie bei jeder Pedalumdrehung.
- Vor Beginn der Prüfung müssen die Teilnehmer tragen einen Polar Puls, so dass die Herzfrequenz kann während der gesamten Übung Test zu dokumentieren.
6. Die Durchführung der EMG Fatigue Threshold Protocol
- Haben die Teilnehmer starten Radfahren und die stufenweise Erhöhung ihrer Trittfrequenz auf 70 Umdrehungen / min. Dann erhöhen Sie die Leistung auf dem Fahrradergometer auf 50 W.
- Haben die Teilnehmer an diesem Zyklus Leistung für ca. 2-3 min.
Hinweis: Dies ist eine niedrige Trainingsintensität und wird als Warm-up zu dienen. - Nach der Aufwärmphase, erhöhen Sie die Leistung von 25 W alle 2 Minuten, bis die Teilnehmer nicht mehr in der Lage, die 70 Umdrehungen / min Kadenz beizubehalten oder fordert, dass der Test beendet werden.
Anmerkung: Es wird darauf hingewiesen, daß während der Belastungstest des EMG-Signals wird 10 aufgezeichnet werdensec Epochen während jeder 2 min Bühne für sec 10-20, 30-40, 50-60, 70-80, 90-100 und 110-120 21. Die meisten EMG-Systeme verfügen über eine Option, um die automatische Aufzeichnung im gewünschten Intervall eingestellt. Somit wird für jede Stufe sollte 6 Daten-Dateien sein. - Sobald die inkrementelle Prüfung zu dem Schluss gekommen, haben die Teilnehmer führen eine Abkühlung auf 50 W. Sie sicher, dass die Länge der Abkühlphase entspricht, die der Teilnehmer Herzfrequenz Rückkehr zum Wert während der Warmlaufphase. Überwachen Sie dies, indem Sie die Herzfrequenz der Teilnehmer unter Verwendung des Polar Herzfrequenz-Messgerätes.
- Nachdem die Abkühlphase abgeschlossen ist, entfernen Sie die EMG führt und haben die Teilnehmer steigen Sie vom Fahrradergometer und zum Stuhl. Dann vorsichtig die EMG-Elektroden und wischen Sie die Flächen mit einem sauberen Tuch mit Alkohol oder einem Alkoholtupfer abwischen.
7. Die Verarbeitung der EMG Signal
- Nachdem der Test abgeschlossen ist, ProCess die rohen EMG Datendateien, die während der Übung Test gesammelt wurden, so dass die Daten können verwendet werden, um die EMG Ermüdungsschwelle zu bestimmen.
- Führen Sie die Verarbeitung des EMG-Signals entweder mit dem verwendet, um die EMG-Signals sammeln Software oder individuelle schriftliche Software mit verschiedenen Plattformen wie MATLAB oder LabVIEW.
- Filtern der erfassten EMG-Signale mit Hilfe eines Bandpassfilters. Verwenden Sie eine Einstellung von 10 bis 500 Hz. Anmerkung: Dies ändert die Frequenz des Signals, so dass Niederfrequenz-Artefakte aufgrund einer Bewegung der EMG Leitungen (<10 Hz), und Hochfrequenz-Artefakten aus der Umgebung (> 500 Hz), entfernt werden. Verwenden ein Kerbfilter von 60 Hz, wenn es irgendeine Störung durch die Stromversorgung des Computers oder EMG-System.
- Sobald das Signal gefiltert worden ist, bestimmen die Signalamplitude durch die Berechnung der Effektivwert des Signals: Quadrat jedes der Datenpunkte, summieren sie, geteilt durch die Anzahl der Datenpunkte, dann die Quadratwurzel der resultierende Wert. Führen Sie diese Berechnungen unter Verwendung der oben genannten Software.
8. Bestimmung der EMG Fatigue Threshold für jeden Teilnehmer
- Führen Sie folgende Schritte für jeden Teilnehmer.
- Nachdem das EMG-Signal verarbeitet worden ist; verwenden Sie ein Statistikprogramm (zB GraphPad Prism) und beschriften Sie die erste Spalte "Time" und die nachfolgenden Spalten mit den Leistungsstufen für den Test verwendet.
- Für jede Leistung, füllen Sie das entsprechende EMG Amplitudenwert für jede 20 Sekunden-Intervall.
- Für jede Leistung, analysiert die Zeit (x-Achse) gegen die EMG-Amplitude (y-Achse) Beziehung mit der linearen Regression, um zu bestimmen, ob die Steigung der Regressionsgerade ist signifikant (p <0,05) von Null verschieden.
- Nach dem Durchführen der Linearregressionsanalysen für alle Leistungsstufen, identifizieren die höchste Leistung mit einem nicht-signifikant (p> 0,05) Hang.
- Dann identifizieren lschuldest Leistung mit einer signifikanten (p <0,05) Hang.
- Sobald diese beiden Leistungsstufen identifiziert worden sind, fügen Sie sie und teilen durch 2; die resultierende Leistung ist der geschätzte EMG Ermüdungsschwelle.
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Representative Results
Wie in Figur 1 gezeigt, für einen einzelnen Teilnehmer, wobei jeder Leistungsabgabe, die abgeschlossen ist, hat sechs Datenpunkte, die EMG-Amplitude repräsentieren für die vastus lateralis. Daher wird in diesem Beispiel ist die höchste Leistung mit einem nicht-signifikant (p> 0,05) Steigung 200 Watt, während die niedrigste Leistungsabgabe mit einer signifikanten (p <0,05) Steigung 225 W. Daher wird für diesen Teilnehmer das EMG Ermüdungsschwelle ist 213 W. Wenn der EMG Ermüdungsschwelle wird für jeden Teilnehmer dann schließenden Statistik durchgeführt werden kann bestimmt.
Abbildung 1: Repräsentative Ergebnisse für einen einzelnen Teilnehmer. Lineare Regression wurde für die EMG-Amplitude als Funktion der Zeit Beziehung für jeden Leistungsausgang Die durch den roten Pfeil (200 W) angegeben Leistung durchgeführt wird. Ist diehöchste Leistung mit einer nicht signifikant (p> 0,05) Steigung, während die durch den grünen Pfeil (225 W) angegeben Leistung ist die niedrigste Leistungsabgabe mit einer signifikanten (p <0,05) Steigung. Der Mittelwert dieser zwei Leistungsausgänge gleich 213 W, die der EMG FT ist.
Abb. 2: Darstellung der Elektrodenanordnung für den M. vastus lateralis Darüber hinaus haben wir eine visuelle, wo die EMG-Elektroden für die Rectus femoris und vastus medialis Muskeln platziert ist. Http://www.seniam.org: gerechte Angaben zur EMG Elektrode angeordnet sind auf der folgenden Website zu finden.
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Discussion
Wir präsentieren hier ein Verfahren zur Bestimmung neuromuskuläre Ermüdung in der Quadrizeps femoris für dynamische Bewegung. Dieses Verfahren stellt eine einfache und nicht-invasive Ansatz zur Verwendung von Oberflächen-EMG. Darüber hinaus ist die Vielseitigkeit dieser Methode, die Forscher können es auf andere Arten der Bewegung wie dem Laufband 20 anzupassen.
Theoretisch für Intensitäten bei oder unter dem EMG Ermüdungsschwelle der Teilnehmer sollten in der Lage, um die Übung auf unbestimmte Zeit zu erhalten 12,13 workbout sein. Briscoe et al. 8 validiert die EMG Ermüdungsschwelle für Fahrradergometrie. Bei verschiedenen Gelegenheiten jeder Teilnehmer bei 70%, 100% und 130% ihrer EMG Ermüdungsschwelle ausgeübt. Die Autoren fanden, dass bei 70% und 100% der EMG Ermüdungsschwellen Teilnehmer nicht EMG-Amplitude während der Trainingsarbeitsbelastung 8 erhöht. Für die Arbeitslast bei 130% der EMG Ermüdungsschwelle jedoch zeigten die Teilnehmer einsignifikante Erhöhung der EMG-Amplitude 8. Briscoe et al. 8 Schluss, dass die EMG Ermüdungsschwelle für Fahrradergometrie eine gültige Protokoll zu neuromuskulärer Ermüdung während der kontinuierlichen Bewegung zu bestimmen.
Im Hinblick auf die kritischen Schritte in dem Protokoll und Fehlersuche sollten Sie Folgendes beachten. Wenn es zu viel Lärm in der EMG-Signal bei der Durchführung von Schritt 4.1.2 dann zuerst die Verbindung zwischen den Elektroden und der EMG-Gerät Aufzeichnen des Signals. Oftmals werden die EMG Leitungen können nicht richtig mit dem EMG-Elektrode verbunden sein. Zweitens sind die Bereiche, in denen die Elektroden Notwendigkeit gelegt, um frei von Haaren und fühlen sich glatt anfühlt und nicht grobe (dh Rasieren Stoppeln). Stellen Sie daher sicher, dass alle Haare gründlich an Orten entfernt, wo die EMG-Elektrode platziert wird. Auch ist es wichtig, den Bereich reinigen, wenn die Schleif abgeschlossen ist. Wiederum ist es das Ziel, eine saubere und glatte Oberfläche aufweisen. Drittens the Mittelbereich des EMG-Elektrode nicht trocken sein, und wenn ja, Verwenden Leitfähigkeit Gel (wie diejenigen, für die Ultraschall verwendet wird) als Ergänzung. Achten Sie darauf, um das Gel sparsam zu verwenden, weil überschüssiges Gel kann mit der Haftfähigkeit des EMG-Elektrode stören. Zusammengenommen sind diese Artikel sind häufig Täter, die den Lärm in der EMG-Signals zu erhöhen und damit die Daten gefährdend.
Obwohl die EMG FT-Protokoll ist vielseitig es mögliche Beschränkungen auf ihre Anwendung in einem klinischen Umfeld. Zum Beispiel können bestimmte klinische Populationen nicht die Testprotokoll zu tolerieren. Das heißt, während der Anstieg der Arbeitsbelastung kann geändert werden (dh 5 W statt 25 W pro Stufe) Patienten mit schwerer Atemwege und / oder Herzerkrankungen vorzeitig Ermüdung während der Anfangsphase des Tests. Eine andere mögliche Einschränkung ist, dass der Quadrizeps femoris sind alle während des Zyklus Ergometrie aktiviert; jedoch ist das EMG Signals aus nur einer der aufgezeichnetendiese Muskeln. Bisher wurden keine Studien die EMG FT über die drei oberflächlichen quadriceps femoris bestimmt für Fahrradergometrie zu erkennen, ob es Unterschiede zwischen Muskeln.
Zusammenfassend ist das Verfahren zum Schätzen des Ermüdungs EMG Schwelle aus einer inkrementalen Belastungstest ein nützliches Werkzeug für die Beurteilung der bei der dynamischen Bewegung neuromuskuläre Ermüdung. Darüber hinaus dieser Test liefert eine objektive Methode zur Bestimmung der Wirksamkeit der verschiedenen Interventionen, die Muskelermüdung zu dämpfen.
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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
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