Assessment of physical activity in normal daily life using shorts with embedded EMG electrodes

Abstract

Fyysistä aktiivisuutta on perinteisesti mitattu syke-, kiihtyvyys- ja askelmittarein sekä kyselylomakkeilla. Lihasaktiivisuus on kuitenkin edellytys liikkeen synnylle, joten lihasaktiivisuuden mittaaminen reisilihaksista on suora menetelmä fyysisen aktiivisuuden määrittämiseen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida normaaliväestön päivittäistä lihas-aktiivisuutta kesällä ja talvella. Kaksitoista koehenkilöä suoritti mittaukset molempina vuodenaikoina. Mittaukset sisälsivät simuloituja päivittäisiä askareita laboratorio-oloissa ja maksimaalisen isometrisen tahdonalaisen suorituksen (MVC) ja yhdestä kolmeen mittauspäivää normaalissa elämässä kenttäoloissa. Lihaksen sähköistä aktiivisuutta, elektromyografia (EMG), mitattiin reisilihaksista shortseilla, joihin oli ommeltu tekstiilielektrodit lahkeisiin. Lihasaktiivisuudesta analysoitiin useita muuttujia, kuten aktiivisuus- ja inaktiivisuusjaksojen kestoja, amplitudia, pinta-alaa ja aktiivisuusjaksojen tiheyttä. Lihasaktiivisuus oli keskimäärin suurempaa talvella kuin kesällä (p > 0.05), sillä murtomaahiihto oli koehenkilöiden keskuudessa suosituin liikuntamuoto. Ylipainoiset koehenkilöt ja ne, jotka raportoivat istuvansa keskimäärin yli 40 % työajastaan olivat merkittävästi vähemmän aktiivisia yli 5 % MVC tasolla, mutta heidän päivittäisestä aktiivisuudestaan merkittävästi suurempi osa oli pienillä aktiivisuuksilla alle 5 % MVC:sta. Normaalipainoisilla ja työaikana alle 40 % istuvilla koehenkilöillä inaktiivisuusjaksojen kestot olivat lyhyempiä kuin ylipainoisilla ja paljon istuvilla. Päivittäinen energiankulutus arvioitiin myös EMG:n avulla perustuen EMG:n ja hapenoton suhteeseen juoksumatolla tehdyn kävelytestin aikana. Koehenkilöillä keskimääräinen päivittäinen metabolinen ekvivalentti (MET) tuntimäärä oli 49,2 ± 13,4 joka vastaa 13 858 ± 3805 kJ. Koehenkilöiden keskiarvo päivittäisestä aktiivisuudesta oli 75 % alle 5 % maksimisuorituksesta, joka vastaa kevyitä aktiviteettejä kuten istumista ja seisomista. Tämä on hälyyttävän suuri osa ajasta ja luku laski vain 16,8 % kun verrattiin päiviä jolloin oli pelattu pallopelejä sekä normaalia päivää. Tulevaisuudessa olisi hyvä tutkia työaikana tapahtuvan arkiaktiivisuuden vaikutusta päivän kokonaisaktiivisuuteen ja inaktiivisuusaikaan. Koska ihmiset viettävät suurimman osan päivästään työpaikoillaan istuen, heitä tulisi kannustaa olemaan fyysisesti aktiivisempia työpäivän aikana, ja näitä vaikutuksia olisi hyvä tutkia yleisten liikuntasuosituksien kannalta.

Physical activity has been traditionally measured using heart rate monitors, accelerometers, pedometers or questionnaires. Muscles create the bodily movement and thigh muscles are one of the main locomotor movers. Thus measuring muscle activity from thigh muscles is a direct method for measuring physical activity. This study aimed to assess daily physical activity among normal population in winter and summer seasons. Twelve subjects completed measurements in both seasons, which included simulated daily activity tests and maximal voluntary contractions (MVC) in laboratory conditions and 1-3 days of field measurements. Electromyography (EMG) was measured from thigh muscles using shorts with embedded EMG electrodes. Several variables of muscle activity were analyzed and inactivity and activity period durations were calculated among other burst variables. The average muscle activity was higher during the winter than in the summer (p<0.05) because cross-country skiing was the most popular sport among the subjects. Overweight subjects and subjects who reported their average sitting time to be more than 40 % of the working day had significantly lower muscle activity in activity levels over 5 % of MVC, but higher percentage of total daily activity in below 5 % of MVC. The same groups also had significantly longer total inactivity durations and longest inactivity periods than normal weight subjects, or subjects who used less than 40 % of their working day sitting. Energy expenditure was also estimated from EMG based on the correlation between EMG and oxygen uptake on a treadmill walking test. The subjects had mean daily metabolic equivalent hours (MET) 49,2 ± 13,4 that corresponds to 13 858 ± 3805 kJ. As a conclusion the subjects had on average 75 % of the daily muscle activity below 5 % of MVC, which corresponds to light activities such as sitting and standing. This is alarmingly high amount of time and the amount was only altered 16,8 % when performing ball games in comparison to a normal day. In future studies it would be useful to study effects of physical activity at work places on total daily physical activity level and inactivity times. Because people spend most of the day sitting at work places they should be encouraged to be more active during working hours and the affects of these recommendations in addition to general physical activity recommendations should be studied.