Monikanavaelektrodilla mitattu alueellinen lihasaktiivisuus eri nivelkulmilla isometrisessä tahdonalaisessa ja sähköstimulaatiolla aiheutetussa lihastyössä

Abstract

Elektromyografiaa (EMG) on käytetty jo vuosikymmeniä lihasaktiivisuuden tutkimisessa, mutta edelleen siihen liittyy useita epävarmuustekijöitä. Yksi näistä on EMG-signaalin normalisointi eli kuinka elektromyogrammi tulisi normalisoida erilaisissa suorituksissa ja millainen referenssisupistus tulisi valita normalisointiyhtälön viitearvoksi. Normalisointia pidetään edellytyksenä EMG-signaaleja vertailevalle analyyseille, jos signaalit ovat rekisteröity eri lihaksista, eri henkilöiltä tai samasta lihaksesta eri ajankohtina. Normalisointimenetelmän valinnalla on olennainen vaikutus tutkimuksen kohteena olevan suorituksen tulosten tulkintaan ja validiteettiin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää nilkan nivelkulman sekä voimatason ja sähköstimulaation vaikutusta lateraalisesta kaksoiskantalihaksesta monikanavaisella matriisielektrodilla mitattuun alueelliseen lihasaktiivisuuteen tarkastelemalla lihasaktiivisuuden RMS-amplitudin ja sen alueellisen jakauman muutoksia nivelkulmien ja lihasaktiivisuustilanteiden välillä. Käytetyt nivelkulmat olivat 80°, 100° ja 113°, ja voimatasot maksimaalinen (MVIC) ja submaksimaalinen (subMVIC; 20 % maksimista) tahdonalainen isometrinen lihassupistus. Lisäksi mitattiin maksimi-M-aalto passiivisesta lihaksesta (Mmax) sekä maksimaalisen (Mmax-MVIC) ja submaksimaalisen (Mmax-subMVIC; 20 % maksimista) tahdonalaisen isometrisen lihassupistuksen aikainen maksimi-M-aalto. Nivelkulman vaikutus lateraalisen kaksoiskantalihaksen lihasaktiivisuuteen oli vähäistä kaikkien raportoitujen muuttujien osalta. Lihasaktiivisuustilanteen vaikutus alueelliseen lihasaktiivisuuteen erosi pääsääntöisesti tahdonalaisten lihassupistusten (MVIC, subMVIC) ja sähköstimulaatiolla aiheutettujen lihassupistusten (Mmax) välillä tausta-aktiivisuudesta (Mmax-MVIC, Mmax-subMVIC) riippumatta. Tutkimuksessa havaittiin monikavakanavaisen mittauksen tuovan tiettyjä hyötyjä verrattuna tavanomaiseen pinta-EMG -konfiguraatioon, mutta tulosten perusteella ei kuitenkaan voida osoittaa, mikä käytetyistä menetelmistä soveltuisi parhaiten matriisielektrodilla rekisteröidyn elektromyogrammin normalisointiin.

Despite electromyography (EMG) being used by scientists for decades, it is still a matter of discussion whether muscle activation can be precisely studied using surface EMG. Normalisation of the EMG signal is one of the uncertainties, i.e. how electromyograms recorded from different tasks should be normalised and what kind of muscle contraction should be used as a reference value for the normalisation equation. Normalisation is a prerequisite for a comparative analysis of EMG signals if electromyograms are to be compared between muscles, between individuals, or between days within a subject and a muscle. The choice of a normalisation procedure affects essentially the validity of the results obtained from a study. This study aimed to examine the effect of ankle joint angle, force level and electrical stimulation on the spatial muscle activity of the lateral head of the gastrocnemius muscle by comparing RMS amplitude and spatial distribution of the activity measured with a high-density surface EMG configuration between the joint angles and the muscle contraction conditions. The joint angles used in measurements were 80°, 100° and 113° and force levels were maximal (MVIC) and submaximal (subMVIC; 20 % of maximum) voluntary isometric contraction. Maximal M-wave was also measured from passive muscle (Mmax) and during maximal (Mmax-MVIC) and submaximal (Mmax-subMVIC; 20 % of maximum) voluntary isometric contraction. The effect of the joint angle on the muscle activity was insignificant among the most of the reported variables. Significant differences in spatial muscle activity were found between the voluntary muscle contraction conditions (MVIC, subMVIC) and the electrically elicited contractions (Mmax) regardless of the background muscle activity (Mmax-MVIC, Mmax-subMVIC). It was concluded that the multichannel measurement provides certain advantages relative to the conventional bipolar EMG recordings, but based on the results derived the study could not establish which of the proposed conditions used elicits the most reliable normalisation reference value for high-density surface EMG recordings.