Мышечная функция, полученная с помощью ультразвука в режиме движения и поверхностной электромиографии во время упражнения на выносливость ядра
Summary
Этот протокол использует ультразвук в режиме движения и поверхностную электромиографию одновременно для измерения мышечной функции ядра. Толщина мышц и активация локальных стабилизаторов (например, поперечного живота, внутреннего косого) и глобальных движущих сил (например, внешних косых) достижима в определенные временные точки упражнений боковой планки и мертвых клопов.
Abstract
Ультразвук в режиме движения (M-mode) позволяет исследователям и клиницистам измерять изменение толщины мышц с течением времени. Толщина мышц может быть измерена между фасциальными границами в данный момент времени во время упражнения. Эта выбранная временная точка создает одномерное изображение, что приводит к наблюдению анатомии в реальном времени в реальном времени. Ультразвук, используемый во время функционального движения, можно назвать динамическим ультразвуком; это осуществимо и надежно с использованием линейного преобразователя, эластичного ремня и пеноблока для обеспечения последовательного размещения преобразователя. Боковая брюшная стенка обычно исследуется с помощью ультразвука из-за перекрывающегося характера мышц. Поверхностная электромиография (sEMG) может дополнять ультразвуковую визуализацию в М-режиме, поскольку она измеряет электрическое представление активации мышц. Существует минимальное количество доказательств одновременного использования ультразвука М-режима и сэмг во время основной тренировки. Упражнения, которые бросают вызов основной мускулатуре, включают как изометрические удержания (например, боковая планка), так и колебательные движения конечностей (например, мертвый жук). В этом исследовании оба инструмента будут использоваться одновременно для измерения функции основных мышц во время тренировки. Ультразвуковые измерения будут получены с использованием линейного преобразователя и ультразвукового блока, а измерения sEMG будут получены из беспроводной системы sEMG. Для сравнения участников и упражнений будут использоваться методы нормализации с использованием статических, тренировочных стартовых позиций для обоих инструментов. Коэффициент активации будет использоваться для ультразвука и рассчитываться путем деления сокращенной толщины (толщины в течение точки времени упражнения) на толщину покоя (исходное положение). Толщина мышц будет измеряться в сантиметрах от верхней нижней фасциальной границы до нижней верхней фасциальной границы. Эти методы направлены на то, чтобы предложить инновационное и практическое измерение мышечной функции с помощью ультразвука М-режима и sEMG во время упражнений на выносливость.
Introduction
Боковая брюшная стенка состоит из поперечного живота, внутреннего косого и наружного косого1. Боковая брюшная стенка сжимается концентрически, эксцентрично и изометрически, чтобы противостоять силам, возлагаемым на тело1. Совместное сокращение этой группы мышц обеспечивает стабилизацию центра человеческого тела 2,3. Эти мышцы важны во время профилактики и реабилитации травм нижних конечностей, потому что плохая функция туловища связана с увеличением аддукции тазобедренного сустава и вальгусной деформации колена, которые являются факторами риска травм нижних конечностей 4,5. Сосредоточение внимания на укреплении и увеличении мышечной выносливости основной мускулатуры не только снижает факторы риска для нижней конечности, но также может уменьшить боль в пояснице6. В последнее время было рекомендовано, чтобы лица, страдающие острой и хронической болью в пояснице, включали укрепление туловища, выносливость и специфическую активацию мышц туловища в свою реабилитацию6. Примером специфической активации туловищных мышц является нацеливание на изолированные или сгруппированные мышцы туловища с использованием совместного сокращения для восстановления контроля или повышения координации пояснично-тазобедренной области6.
Двумя способами объективного измерения мышечной функции являются использование режима движения (M-mode) ультразвука и поверхностной электромиографии (sEMG). Ультразвук в М-режиме обеспечивает визуализацию движения мышц и фасций в режиме реального времени в течение записанного времени, которая может отображать начало и степень движения7. Расстояние между верхней нижней фасциальной границей и нижней верхней фасциальной границей измеряют в выбранное время для получения толщины мышц. Толщина мышц в течение определенной временной точки упражнения может быть разделена на толщину покоя для достижения коэффициента активации8. sEMG дает представление об активации мышц и усталости, так как выход можно сравнить с максимальным сокращениеммышцы 9. Эти два инструмента и метода использовались ранее для измерения начала активации мышц бедра во время различных упражнений у здоровых и травмированных лиц10. Упражнения, нацеленные на туловище, и в частности на боковую брюшную стенку, являются боковой доской и мертвым жуком 11,12,13. Боковая планка выполняется в боковом положении лежа с локтем непосредственно под плечом и предплечьем на земле, бедра поднимаются от земли до тех пор, пока позвоночник не окажется в нейтральном положении. Колени вытянуты, а ноги расположены друг на друге9 (Дополнительный рисунок 1). Мертвый клоп выполняется в положении лежа на спине с обеими руками прямо выше, а бедра и колени согнуты под углом 90°. Упражнение начинается, когда одна рука сгибается над головой и вытягивается контралатеральная нога. Противоположные рука и нога остаются в нейтральном положении, а затем сгибаются и вытягиваются, как только первоначальная движущаяся рука и нога возвращаются в нейтральное положение13 (дополнительный рисунок 2 и дополнительный рисунок 3).
Было замечено, что активация внешней косой колеблется от 37% до 62% максимального добровольного изометрического сокращения (MVIC) во время боковой доски 11,12,14. Во время мертвой ошибки активация внешнего косого была зарегистрирована от 20% до 30% MVIC только за пять повторений упражнения15. Внутренние косые и поперечные мышцы живота, более глубокие мышцы живота боковой брюшной стенки, активируют от 22% до 28% MVIC во время боковой доски12,14. Из-за перекрывающегося характера внутреннего косого и поперечного живота две мышцы были объединены во время сбора sEMG14. Ограничением sEMG является перекрестные помехи от соседних мышц, где датчик sEMG может производить выход другой мышцы, что приводит к ложному пониманию активации16. Измерения толщины мышц, полученные с помощью ультразвука, могут быть использованы для смягчения этого ограничения, и это измерение возможно во время упражнений на туловище, таких как изометрические удержания, ранее упомянутые17.
Толщина мышц боковой брюшной стенки была зафиксирована во время боковой доски как абсолютная величина разницы между уменьшенной толщиной и толщиной покоя. В точке времени 30 с боковой доски толщина мышц внутренней косой и наружной косой увеличилась на 0,526 мм и 0,205 мм соответственно17. Эти измерения были записаны в режиме яркости ультразвука в одну точку времени во время боковой доски. Ультразвук в B-режиме обычно выполняется для оценки изображений до и после; однако этот метод позволяет проводить измерения только в двух точкахвремени 18. Ультразвук в М-режиме обеспечивает повышенные преимущества по сравнению с ультразвуком в режиме B, поскольку он может обнаруживать начало активации мышц, а также толщину мышц в течение всего упражнения с любой точкой времени, которую можно выбрать для измерения18. Поэтому общей целью текущего протокола является обеспечение инновационного и практического измерения мышечной функции с помощью ультразвука М-режима и sEMG во время основных упражнений на выносливость. Это полезно для исследователей и клиницистов, чтобы понять, как мышцы функционируют на протяжении всего упражнения, особенно на выносливость, в отличие от измерения, изолированного от одной временной точки.
Protocol
Representative Results
Discussion
М-режим ультразвука обеспечивает начало движения мышечной ткани и изменение толщины мышц при наблюдении анатомии в режиме реального времени за выбранное время21. Ультразвук в М-режиме в сочетании с sEMG обеспечивает общее понимание мышечной функции, включая электрическое п?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Никакой.
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).
