Electromiografía cinesiológica
Kinesiologic Electromyography
M A Villarroya Aparicio a
a Departamento de Fisiatría. Universidad de Zaragoza.
a Departamento de Fisiatría. Universidad de Zaragoza.
Palabras Clave
Electromiografía. Cinesiología. Actividad muscular.Keywords
Electromyography. Kinesiology. Muscle activity.Resumen
Una parcela, cada vez más desarrollada dentro de la electromiografía (EMG), es la EMG cinesiológica, que estudia la función muscular, proporcionando datos sobre qué músculos participan en una determinada actividad, su patrón de actividad, con qué intensidad lo hacen y la coordinación de los músculos que actúan. Lo más frecuente es el registro bipolar, con electrodos de superficie. Las señales registradas, tras su amplificación y filtrado, se tratan para extraer de ellas la máxima información. Interesa obtener variables de frecuencia (frecuencia, media y mediana, cruce por el cero, número de giros) y de amplitud (integración de la señal, curva envolvente, root mean square [RMS]). Los valores absolutos de amplitud se deben normalizar, tomando generalmente como valor de referencia la actividad durante una contracción máxima isométrica. La EMG cinesiológica se utiliza como un marcador del control del sistema nervioso central durante diferentes tareas. Permite determinar la función muscular normal durante las mismas y analizar las situaciones patológicas que se apartan de dicha normalidad. Además, al analizar diferentes actividades (ocupacionales, laborales, deportivas), permite establecer las modificaciones oportunas para que el gesto sea más correcto, con menor posibilidad de lesión. Son importantes las técnicas de biorretroalimentación en la EMG, que permiten discriminar entre un comportamiento muscular ideal y el que no lo es y, por lo tanto, intentar modificarlo. La EMG cinesiológica es útil como evaluación antes y después de tratamientos (quirúrgicos, ortéticos o protésicos, farmacológicos o físicos). A través de los datos de la EMG, también se pretende conocer la fuerza muscular y detectar el grado de fatiga.Abstract
One sector that is increasingly developed with the EMG is the kinesiologic EMG. It studies muscle function, providing data on what muscles participate in a certain activity, its activity pattern, with what intensity it does so and the coordination of the muscles that act. The most frequent is bipolar registry, with surface electrodes. The signals recorded, after amplification and filtering, are processed to extract maximum information from these. It is interesting to obtain frequency variables (frequency, mean and median, zero crossing, number of turns) and amplitude (integration of the signal, envelope curve, RMS). The absolute values of amplitude should be normalized, generally using the activity during maximum isometric contraction as reference value. Kinesiologic EMG is used as control marker of CNS during different tasks. It makes it possible to determine normal muscular function during them and analyze pathological situations that are distant from this normality. Furthermore, when different activities are analyzed (occupational, work, sports, etc), it makes it possible to establish pertinent changes so that the gesture is more correct, with less injury possibility. EMG biofeedback techniques that make it possible to discriminate between ideal muscle behavior and that which is not, and thus try to change it, are important. Kinesiologic EMG is useful as evaluation before and after treatments (surgical, orthetic or prosthetic, drug or physical). Through EMG data, it is also aimed to know muscle force and detects fatigue grade.Artículo
INTRODUCCIONLa electromiografía (EMG) detecta la actividad eléctrica generada por el paso del impulso nervioso, que provoca la despolarización de la membrana de la célula muscular durante la excitación; por lo tanto, es una medida indirecta de la actividad muscular. Se pueden distinguir dos tipos principales de EMG: a) la clínica (a menudo llamada diagnóstica), que estudia las características del potencial de la unidad motora, de interés especialmente en el diagnóstico de la patología neuromuscular, de la que no vamos a tratar, y b) la cinesiológica que, como indica Jonson 1, primero en utilizar este término en 1973, estudia la función muscular y la coordinación. Es importante conocer qué puede o qué debería hacer un músculo, pero también, cómo actúa en cualquier instante de un movimiento o postura y conocer la interrelación o coordinación de los músculos entre sí 2. La EMG cinesiológica proporciona estos datos, ya que con ella se puede analizar el tiempo de activación de los músculos durante la tarea estudiada, es decir, cuándo comienzan a actuar y cuándo dejan de hacerlo, la actividad que se produce durante su actuación (patrón de actividad muscular durante dicha tarea) y cuándo se produce el pico máximo de actividad 3,4. Pero para determinar todo esto, se necesita combinar la EMG con algunos sistemas que actúen sincronizadamente con el registro obtenido. En algunas actividades, como la marcha, pueden ser sensores plantares que determinan los momentos de contacto de las diferentes zonas del pie en que se han colocado, pero mucho más utilizados hoy en día son los sistemas sincronizados de vídeo. Esto permite dividir la actividad que se estudia en fases y conocer cómo actúan los músculos en cada una de ellas 5; de todas formas, se debe tener en cuenta que la actividad eléctrica del músculo precede a la generación de la fuerza en 40-120 ms, por lo que no identifica perfectamente el acto mecánico, aunque es un buen reflejo del mismo 3. Además, con la EMG cinesiológica se pretende conocer la producción de fuerza del músculo en estudio y detectar su grado de fatiga.
EL REGISTRO ELECTROMIOGRAFICO
El registro EMG se compone de señales provenientes de las fibras musculares y de otras que no interesan y que se denominan ruido . Hay muchas fuentes de ruido; algunas de ellas son la piel, campos electromagnéticos, artefactos de movimiento y otros aparatos eléctricos que puedan estar en el lugar durante el registro 3. En ocasiones son un problema las interferencias de red, de 50 Hz (en algunos países de 60 Hz), que, a menudo, se pueden evitar con una buena colocación del electrodo de tierra 6. Además, si se utilizan electrodos de superficie, hay que considerar el fenómeno del cross talk , es decir, la posibilidad de que se registren señales de otros músculos adyacentes al que está en estudio 4,7, de forma que, por ejemplo, un registro electromiográfico simultáneo de agonistas y antagonistas puede deberse a un cross talk más que a una cocontracción 8.
Aunque se puede utilizar una configuración monopolar, registrando la señal entre un electrodo activo y un electrodo tierra, lo más frecuente y adecuado es utilizar una configuración bipolar, con dos electrodos activos, entre los que se registra la señal, y uno de tierra 3,5. Recientemente, se ha empezado a utilizar la EMG multicanal, mediante electrodos arrays (en línea), que consiste en el registro de señales electromiográficas en más de un punto de detección sobre el músculo, lo que da mucha más información 9, pero hasta ahora es muy limitada su utilización en estudios de movimiento.
ELECTRODOS
En la EMG cinesiológica se utilizan principalmente dos tipos de electrodos:
Electrodos de alambre fino
Son finísimos electrodos de alambre que se introducen en el músculo mediante una aguja, a modo de fiador, que se saca a continuación. Estos electrodos fueron desarrollados por Basmajian y Stecko en 1962 10 y abrieron las puertas a estudios de músculos profundos durante actividades dinámicas, imposibles de registrar con electrodos de superficie e incómodos y dolorosos con los electrodos convencionales de aguja. Según Basmajian 11, son los ideales para estudios de movimiento, puesto que son indoloros, una vez insertados, fáciles de colocar y retirar y dan una información global de la actividad muscular, pero con una exactitud semejante a la de los electrodos de aguja. Sus principales ventajas son el registro de una zona específica y poder registrar, como hemos indicado, músculos profundos, aislar partes de músculos largos y registrar músculos pequeños, lo que sería imposible con los electrodos de superficie debido al cross talk . Sus inconvenientes son la molestia que puede ocasionar su introducción en el vientre muscular, que, además, puede aumentar la tensión o espasticidad en los músculos y producir calambres, y la menor reproducibilidad, puesto que es difícil volver a colocar la aguja en el mismo lugar del músculo; además, pueden desplazarse en el interior. Sin embargo, a pesar de los inconvenientes, para algunos músculos los electrodos de alambre fino son la única posibilidad de obtener información.
Electrodos de superficie
Electrodos que se colocan en la piel, sobre el músculo. Deben proporcionar un buen contacto, una baja impedancia (resistencia que ofrece la piel al paso de la corriente eléctrica), poco ruido y un comportamiento estable. Los usados más habitualmente y aconsejados por la SENIAM (grupo de estudio sobre surface EMG for a non-invasive assessment of muscles ), son los de Ag/AgCl 12. Es importante la preparación de la piel para disminuir la resistencia entre ella y los electrodos y para obtener una buena fijación de éstos, lo que ayuda a conseguir un mejor registro electromiográfico y menos interferencias eléctricas. Una buena preparación de la piel consiste en eliminar las capas externas, el vello y los aceites protectores (afeitado, lijado, limpieza con alcohol o éter) 2,12. Se debe conseguir bajar la resistencia de la piel por debajo de 500 ohmios 6.
Los electrodos de superficie pueden ser de diferentes formas y tamaños. Los circulares son los más utilizados y, según la SENIAM, no existen diferencias importantes respecto a la utilización de electrodos con otras formas (rectangulares, cuadrados, ovalados) 12. Sin embargo, sí que varían las señales registradas con electrodos de diferentes tamaños, ya que se aprecia un efecto integrativo, con un descenso de las señales de alta frecuencia, conforme aumenta el tamaño del electrodo, por lo que se recomienda que no superen los 10 mm en la dirección del músculo. En músculos pequeños pueden ser incluso de 2-3 mm 6.
En la aplicación bipolar, que es la más frecuente en la EMG cinesiológica 3-5,12, debe tenerse en cuenta la distancia interelectrodo, es decir, la distancia de centro a centro de los dos electrodos, ya que ésta puede variar el registro. La distancia recomendada es de 20 mm 12,13, aunque en músculos pequeños no debe exceder un cuarto de la longitud de la fibra muscular 12,14. Es importante que esta distancia no varíe mientras se realizan los movimientos, pues esto puede originar variaciones en las características de la señal de la EMG 12. Hay electrodos que están integrados en un pequeño elemento de forma que mantienen fija la distancia entre ellos.
Se debe tener en cuenta la ubicación y dirección de los electrodos sobre el músculo. La SENIAM 12indica que se deben colocar en la zona en que se pueda obtener una señal electromiográfica de mayor calidad y que sea estable. Los factores que más afectan a esta estabilidad son la presencia de puntos motores, de zonas tendinosas y la actividad de otros músculos cerca de los electrodos. Por lo tanto, aconseja la colocación entre la placa motora y el tendón, y siempre en el sentido longitudinal de las fibras musculares 7,12,15,16. Se debe colocar un electrodo neutro o de tierra que debe localizarse sobre un tejido eléctricamente inactivo (huesos o tendones). Hay descripciones de la ubicación adecuada de los electrodos en todos los músculos 17.
Existen electrodos de superficie, llamados activos, que tienen incorporados preamplificadores en el lugar del electrodo, para mejorar la impedancia 3. Disminuyen los artefactos debidos al movimiento y aumentan la ratio señal/ruido, es decir, la relación entre la señal buscada y la no buscada; cuanto mayor es esta relación, mayor es la reducción de ruido 3,18. Los electrodos llamados pasivos no tienen un amplificador incorporado. En ellos es importante reducir al máximo la resistencia de la piel (se necesita una buena preparación de la misma y geles conductores). Con ellos disminuye la ratioseñal/ruido y muchos artefactos, debidos al movimiento, son amplificados, a la vez que se realiza la amplificación de la señal electromiográfica.
Las principales ventajas de los electrodos de superficie son que no producen dolor, son muy fáciles de colocar y, además, las señales son más reproducibles; resultan muy buenos para los estudios de movimiento. Sus principales inconvenientes son que tienen una amplia zona de recogida de la señal y, por lo tanto, tienen más probabilidades de registrar señales de otros músculos adyacentes (cross talk) y de registrar artefactos de movimiento 19. Además, estos electrodos pueden ser utilizados únicamente en músculos superficiales.
Aunque de forma repetida se ha comentado que era mejor no utilizar electrodos de superficie para estudios de precisión, hay trabajos que demuestran que los datos obtenidos con este tipo de electrodos son más reproducibles que los obtenidos con los de alambre fino 20. Además, ya en 1973, Bouisset y Maton 21, y en 1981, Inman et al 22 demostraron una buena correlación entre los datos obtenidos con los dos tipos de electrodos. En los estudios dinámicos, los más utilizados hoy en día son los de superficie, pero, como dice Perry 7, cada técnica tiene su lugar y la elección de un tipo u otro de electrodo debe ser hecha con un conocimiento muy claro de lo que se quiere estudiar.
Las señales recogidas por los electrodos pueden trasmitirse al electromiógrafo mediante cables, lo que, además de poder producir más interferencias, dificulta mucho la realización de las actividades dinámicas, o lo que es muy frecuente hoy en día, pueden ser transmitidas por telemetría, es decir, por ondas electromagnéticas moduladas, lo que proporciona una gran libertad de movimientos, además de disminuir las interferencias.
TRATAMIENTO DE LA SEÑAL ELECTROMIOGRAFICA
El propósito del tratamiento de la señal electromiográfica es extraer la información útil 23. Al ser una señal de muy baja intensidad y, además, estar mezclada con otras señales no deseadas, habrá que realizar, en primer lugar, una amplificación y un filtrado y, posteriormente, se llevará a cabo la cuantificación de las mismas.
Amplificación y filtrado
Las señales electromiográficas son demasiado pequeñas (de 300 a 5 mV) para que puedan interpretarse sin amplificación 7. Dicha amplificación es referida como "ganancia". Los amplificadores deben tener una gran ganancia, pero no distorsionar la señal 2. En el registro bipolar, que es el más utilizado en los estudios de movimiento, se debe realizar una amplificación diferencial 3,7, que consiste en determinar lo que es común a los dos electrodos y lo que es diferente; lo común es el ruido y se desecha, y lo diferente es la señal que interesa y se mantiene. Este sistema de amplificación diferencial registra muchas menos interferencias de los músculos adyacentes y de los más profundos. La utilización de electrodos activos, unidos a un preamplificador, como ya hemos indicado, ayuda mucho en la eliminación de artefactos producidos por el movimiento.
Una característica importante del amplificador es el ancho de banda, que es el rango de las frecuencias registradas del amplificador y que debe ser suficientemente alto como para desestimar los artefactos de baja frecuencia producidos por los tejidos, por el propio amplificador, por el movimiento, etc., y lo suficientemente bajo como para atenuar la señal lo menos posible 3. En general, se filtran las señales con un paso alto por encima de entre 5 y 20 Hz 3,16,24,25, ya que por debajo de 20 Hz, según Basmajian y De Luca 16, no se pierden prácticamente potenciales de unidad motora. En cuanto al límite superior, por encima de 400 Hz no parece haber apenas señal electromiográfica y, en general, se acepta un paso bajo por debajo de entre 500 y 1.000 Hz 24,25.
Cuantificación de la señal
La cuantificación de la señal consiste en extraer de ella los datos numéricos que la definan. Esto permite realizar comparaciones con valores normales y con valores obtenidos durante exámenes sucesivos. En este sentido, es importante el procesado de las señales obtenidas mediante programas adecuados. Para ello, en principio, se realiza la transformación de la señal en un valor digital procesable por el ordenador, de forma que funciones voltaje/tiempo pasen a señales digitales mediante un convertidor analógico/digital y, posteriormente, mediante un software adecuado se tratan los datos.
Hay muchas variables utilizadas en la literatura médica para describir la señal electromiográfica. Se pueden dividir en dos grupos, variables de frecuencia y variables de amplitud. Las más utilizadas son las que se exponen a continuación 23.
Variables de frecuencia
El espectro de frecuencias muestra las frecuencias con las que actúan las diferentes unidades motoras que están activas durante la acción que se analiza y, así, se puede estudiar la potencia eléctrica que corresponde a cada una de esas frecuencias 13. El método más utilizado para obtener el espectro de frecuencias es la transformada de Fourier 23 (fig. 1), aunque en actividades dinámicas, con un aumento de los componentes no estacionarios de la señal, puede no ser el más adecuado 23,26 y se propone la utilización de la transformada Wavelet 27. El problema es que la mayoría de los programas no disponen aún de esta opción.
Fig. 1.--Espectro de frecuencias de una señal electromiográfica, obtenido mediante la transformada de Fourier.
Del espectro de frecuencias se pueden extraer diferentes valores:
1. La frecuencia media. Es el promedio de todas las frecuencias.
2. La frecuencia mediana (MF) o central. Es la frecuencia en la que el espectro es dividido en dos regiones con igual potencia. Es menos sensible al ruido que la frecuencia media 5.
Como medida de frecuencia también se utilizan otras variables que no están basadas en el espectro de frecuencias, como el " cruce por el 0 " (zero crossing) y el " número de giros" (turns counting) 23.
1. El cruce por el 0. Es el número de veces que la señal bruta cruza la línea de base (valor 0). Parece estar relacionada con la fuerza de contracción muscular. Esto es lógico, ya que si para conseguir más fuerza existe un aumento de la frecuencia, habrá un aumento en el número de veces que se atraviesa la línea de base 5.
2. Número de giros. Un giro se define como el punto en el que la dirección de la señal electromiográfica cambia tras una diferencia de amplitud de más de 100 mV. Algunos giros se producen sin que la señal cruce la línea de base.
Variables de amplitud
1. Integración de la señal. La cantidad total de actividad muscular en un intervalo de tiempo viene dada por el área bajo la curva durante ese intervalo de tiempo. El proceso se denomina integración de la señal. El primer paso debe ser realizar una rectificación de la misma, es decir, pasar la señal bruta, que es bipolar y en la que se pueden anular entre sí las ondas positivas y negativas, a una señal monopolar. Esto se puede conseguir, bien eliminando una polaridad (rectificación de media onda) o invirtiéndola (rectificación de onda completa), es decir, pasando las señales negativas a positivas (fig. 2, A y B). Es preferible utilizar la rectificación de onda completa, ya que no se pierde nada de la señal.
Fig. 2.--A) Señal bruta (mV). B) Señal rectificada (mV). C) Curva envolvente (mV). D) Señal integrada (mV/s).
2. Curva envolvente. Consiste en, tras la rectificación, obtener el área de la curva envolvente de la señal (fig. 2 C). Aunque algunos, al realizar este proceso, hablan de integración de la señal, no lo es30. En ocasiones se denomina falsa integración . Son muchos los autores que la han empleado en sus estudios 31,32, pero hay que tener en cuenta que para que sea válida debe realizarse el registro a frecuencias de muestreo altas.
3. Root mean square (RMS). Mide el poder eléctrico de la señal electromiográfica. Es la raíz cuadrada del área entre el cuadrado de la señal y el tiempo computado en un intervalo de tiempo dividido entre dicho tiempo. No necesita una rectificación previa de la señal. También se obtiene en períodos de tiempo variables según la actividad que se estudia 24. Los valores de la RMS contienen una información mayor que la media rectificada o la señal integrada 13,16,27. Cada vez es más utilizada. Los valores se expresan mV o en m V.
Una desventaja de algunos sistemas nuevos es que no permiten ver la señal electromiográfica bruta en tiempo real. Es imprescindible que se pueda ver esta señal antes de realizar ningún tipo de procesado de la misma, pues si a veces es difícil diferenciar entre la señal electromiográfica y el ruido en el registro bruto, es imposible hacerlo cuando el registro ya está procesado 3,6.
Normalización de los datos
Los valores absolutos no representan el esfuerzo muscular ya que son muchos los factores que influyen en la señal electromiográfica registrada: gran variabilidad en el reclutamiento neural, grosor del tejido adiposo subcutáneo, longitud en reposo del músculo, velocidad de contracción, área transversal muscular, tipos de fibras musculares, distancia interelectrodo, colocación de los electrodos, impedancia de la piel, etc., por lo que se necesita realizar una normalización de los datos obtenidos3,4,7,15, es decir, expresarlos respecto a un valor de referencia obtenido por los mismos electrodos. Habitualmente se expresan como un porcentaje 3,7. Es un paso esencial para poder relacionar datos entre diferentes grupos musculares, sujetos o pruebas.
En sujetos con un control motor normal, la forma utilizada más frecuentemente es normalizar la amplitud de la señal respecto a la actividad durante un test de máximo esfuerzo 3-5,7. Se puede realizar contra una resistencia manual, entonces la amplitud de la señal será el porcentaje de la actividad obtenida durante un test muscular manual (% TMM), o bien realizar un máximo esfuerzo contra un dinamómetro, lo que es más fiable, aunque supone mayor trabajo; entonces será porcentaje de la actividad durante una contracción voluntaria máxima isométrica (% CVM isométrica). En ocasiones, se realizan tres contracciones isométricas máximas, con un cierto descanso entre ellas, y se halla el promedio de los segundos de máxima actividad en cada una de ellas 24. Sin embargo, Perry 4,7 indica que es suficiente con registrar 4 o 5 s de un test isométrico y tomar como valor de referencia el valor medio del segundo con mayor actividad. De todas formas, algunos autores, como De Luca 13 y Yang y Winter 33 indican que es más adecuado tomar como referencia contracciones submáximas que la contracción máxima (CVM), ya que por encima del 80 % de CMV, la señal electromiográfica y la fuerza son excepcionalmente inestables y no dan un punto de referencia fiable.
Debido a que, en ocasiones, es difícil calcular la contracción voluntaria máxima isométrica y dado que hay músculos que cuando actúan dinámicamente sobrepasan los valores de esfuerzo isométrico, se han propuesto otras técnicas de normalización. Una de las empleadas con frecuencia es el pico máximo durante el gesto que se está estudiando 33, o bien, como prefieren algunos, el promedio de varios picos 3 para evitar el error que supondría escoger un pico máximo que fuera erróneo. Según Perry 7, esta técnica únicamente debería utilizarse en sujetos con patología que les impida llevar a cabo una acción máxima.
No tan frecuentemente, se han utilizado otros valores normalizadores, como el valor medio de la señal durante todo el gesto que se analiza o la actividad media durante una actividad dinámica, como levantar una carga a una velocidad fija 3.
RELACION DE LA EMG CON LA FUERZA
Existe gran interés en evaluar la relación entre la señal electromiográfica y la fuerza muscular desarrollada, relación que permite comprender la organización y control de los movimientos, así como las reacciones de ajuste y equilibrio de las cargas soportadas por el cuerpo. El conocimiento de la fuerza muscular es importante para entender los mecanismos de lesión; así, en las actividades de inclinación de la columna vertebral y levantamiento de cargas, se produce una importante fuerza compresiva discal, debida principalmente a la actividad de los músculos espinales, que deben generar un momento extensor importante que contrarrestre el flexor creado por el peso, y que, al trabajar con un brazo de palanca muy corto, necesitan realizar una gran fuerza 34. Sabemos que los músculos aumentan su fuerza por activación de más fibras musculares o por aumento de su frecuencia de activación. Ambas respuestas dan origen a un EMG más intenso: los potenciales de acción que actúan juntos aumentan la amplitud de la señal y los asíncronos aumentan el número de picos; es decir, hay un aumento de la amplitud y de la densidad de la señal 4, pero los valores obtenidos en la EMG no siempre son directamente proporcionales a la fuerza muscular, por lo que únicamente dan idea del esfuerzo muscular realizado.
Parece existir una relación casi lineal entre la actividad electromiográfica y la fuerza durante contracciones isométricas 3-5,24,35, aunque únicamente hasta cargas entre el 70 y el 80 % de la fuerza isométrica máxima. A partir de ahí, los aumentos de fuerza no parecen tener incidencia en la amplitud de las señales 13. Sin embargo, durante actividades dinámicas, salvo cuando se realizan a velocidad constante en que se ha demostrado que la actividad electromiográfica aumenta en proporción directa a la fuerza 25,35, esta relación no es lineal, ya que hay muchos factores que influyen en la producción de fuerza (el tipo de contracción, la velocidad de la misma, la longitud de las fibras musculares, etc.) y puede haber una variabilidad en la generación de fuerza sin que haya cambios en el número de unidades motoras activas 7.
Respecto al tipo de contracción, se ha descrito que, en la mayoría de los músculos, la fuerza durante las contracciones excéntricas es entre el 10 y el 20 % mayor que durante las isométricas 3,23,36,37, aunque algunos autores 38,39 no encuentran diferencias. Sin embargo, durante las contracciones concéntricas, la efectividad es menor en todos los músculos y son capaces de producir una fuerza aproximadamente el 20 % menor que durante las isométricas 3,4,40,41. De ahí, que un mismo valor de la actividad electromiográfica puede representar una proporción de fuerza de 1:1 (isométrico o excéntrico), 1,2:1 (excéntrico) y 0,8:1 (concéntrico) 7.
La velocidad del movimiento también influye en la fuerza, aunque más en las contracciones concéntricas que en las excéntricas 3,40. En las primeras, como ya se demostró en el clásico estudio de Bigland y Lippold 42, en 1954, y en muchos estudios posteriores 7,43, cuanto mayor es la velocidad menor es la producción de fuerza, mientras que en las segundas es mucho más controvertido lo que ocurre: algunos autores encuentran aumentos de fuerza con la velocidad 36, pero otros no encuentran ninguna diferencia 43.
La posición de la articulación hace variar la longitud de las fibras musculares y, como sabemos, esta longitud está relacionada con la fuerza que puede desarrollar el músculo, por lo que con una misma actividad muscular, según dicha longitud, se puede conseguir mayor o menor fuerza 7. Así, en el cuádriceps, con la misma intensidad de actividad electromiográfica, la fuerza disminuye el 50 % entre una flexión de 50° y de 10° 44.
Por otra parte, hay que ser cauto cuando se quiere intentar estimar la fuerza por la señal electromiográfica cuando varios músculos atraviesan la misma articulación o cuando un músculo atraviesa varias articulaciones 3.
Dada la importancia del conocimiento de la fuerza muscular para entender los mecanismos de lesión, a pesar de todos los condicionantes comentados, la EMG se está incorporando como un método cuantitativo para determinar la fuerza en estudios cinesiológicos 45 a partir de curvas específicas de calibración (bien relaciones lineales o relaciones no lineales) y la utilización de determinados modelos matemáticos que tienen en cuenta todas las variables.
RELACION DE LA EMG CON LA FATIGA MUSCULAR
Los estudios electromiográficos realizados hasta hoy indican que se puede estudiar la fatiga muscular basándose en los cambios del espectro de frecuencias de la señal electromiográfica 46, porque se ha demostrado que hay cambios significativos en dicho espectro cuando el músculo está fatigado, pero, debido a la compleja naturaleza de la señal, es difícil utilizar esta información como un sistema automático de determinación de fatiga. Sin embargo, algunos autores, como Kumar et al 46, indican que con determinados modelos matemáticos es posible realizar una discriminación bastante fiable de los fenómenos de fatiga muscular. Si esto se consiguiera realmente se podría utilizar como un indicador para reducir posibilidades de lesión ante distintas actividades.
En general, se describe que, cuando el músculo está fatigado hay un aumento de los componentes de baja frecuencia y una reducción de los de alta frecuencia 3. Por ello, se ha utilizado la frecuencia media y la mediana , describiendo disminuciones en ellas, tanto en contracciones isométricas máximas 24, como en submáximas 23,24 e isocinéticas 23,47. Sin embargo, hay menos información sobre la validez de la frecuencia media o mediana en contracciones dinámicas 47 y, aunque algunos describen que sería válido utilizarlas 24, otros, como Matthijsse et al 48 cuestionan esta validez. En el músculo fatigado, también se han descrito disminuciones de la relación H:L (proporción entre el valor RMS de los componentes de alta y baja frecuencia). Stulen y De Luca 28 indican que esta relación es más perceptible que las frecuencias media y mediana, pero también menos fiable.
Como medida de frecuencia en la fatiga muscular se ha utilizado, aunque mucho menos, el zero crossing y el tourns counting 23,24, con una disminución en ambos parámetros.
La disminución de la frecuencia con la fatiga puede deberse a disminución en la velocidad de conducción, pero, posiblemente también influye un aumento de la sincronización de las unidades motoras 49.
También se describen variaciones en la amplitud de la señal electromiográfica (EMG integrada y RMS) en el músculo fatigado, pero existe una gran controversia respecto a lo que ocurre 23. En contracciones máximas isométricas la amplitud de la señal EMG cae progresivamente y este cambio es causado probablemente por una disminución gradual en la excitación de las unidades motoras 50. Según Millet et al 51, la RMS durante la contracción máxima isométrica en el vasto lateral disminuyó con la fatiga cerca del 30 %. Sin embargo, durante contracciones estáticas mantenidas se describen aumentos en la amplitud de la señal (RMS) 47,51. Este aumento se ha utilizado para argumentar el aumento de reclutamiento de más unidades motoras con el incremento de la fatiga, aunque existe poca evidencia directa para mantener esta conclusión 52. Otro posible mecanismo incluye un aumento de la sincronización de unidades que están ya batiendo. En contracciones isocinéticas se han descrito patrones diferentes respecto a la amplitud: aumento, sin cambio y disminución 47.
APLICACIONES DE LA EMG CINESIOLOGICA
La EMG cinesiológica es el único medio de definir con fiabilidad la actividad muscular. Permite evaluar el papel de los músculos durante posturas o movimientos (habituales, de la vida laboral o deportiva, en situaciones patológicas, en el control de tratamientos, etc.), por lo que es de utilidad en todas las disciplinas relacionadas con el movimiento. Entre ellas, se encuentra la rehabilitación, la ortopedia, el estudio de las circunstancias de trabajo y ergonomía y el deporte 49,53. En estas áreas, la EMG se utiliza principalmente para conocer la actividad de músculos individuales y su contribución al gesto, muchas veces alterada o con patrones de coordinación patológicos y asociados con reacciones a la fatiga.
La EMG se utiliza como un marcador de la forma en que el sistema nervioso central controla los músculos durante diferentes tareas, como caminar, correr, etc. 53, ya que permite definir los músculos que actúan, el momento en que lo hacen y la amplitud de la actividad muscular durante las mismas7,53. Poder analizar diferentes músculos simultáneamente hace de esta técnica una herramienta importante en el análisis de movimientos complejos y desórdenes de movimiento.
La cuantificación de los registros de la actividad motora durante tareas establecidas ha demostrado que son repetibles, fiables y descripciones adecuadas del control motor 54. Cuando nos enfrentamos a movimientos patológicos hay que tener conocimiento de las características de los patrones electromiográficos normales para detectar e interpretar con fiabilidad desviaciones de los mismos. Por ello, una primera función de la EMG cinesiológica es determinar la función normal de los músculos en distintas actividades, para realizar un adecuado análisis de las situaciones que se apartan de dicha normalidad.
El uso clínico del estudio del movimiento es útil como evaluación antes y después de tratamientos que pueden ser quirúrgicos, ortéticos o protésicos, farmacológicos y físicos. Así, la EMG cinesiológica permite evaluar la actividad funcional de músculos candidatos a transposiciones musculotendinosas y los resultados tras ellas 24; la evaluación de los niños con parálisis espástica, lo que ofrece información objetiva acerca del éxito o fracaso de las intervenciones comparado con valoraciones prequirúrgicas; permite analizar la utilización de ortesis y prótesis y realizar adaptaciones para una mejor utilización; ayuda en las decisiones clínicas sobre intervenciones farmacológicas 55, como la aplicación de la toxina botulínica, que paraliza los músculos espásticos que actúan inadecuadamente y permite el fortalecimiento de los antagonistas y llevar a cabo la marcha sin la influencia de la espasticidad; ayuda a establecer programas de rehabilitación, permitiendo controlar los ejercicios realizados durante los mismos; evalúa los efectos de dichos programas de rehabilitación y puede distinguir entre tratamientos más o menos efectivos. Muy importantes son las técnicas de biorretroalimentación que ofrecen una retroalimentación de la propia actividad muscular permitiendo discriminar entre comportamiento muscular ideal del que no lo es y establecer las modificaciones necesarias. Son muy útiles en diversas afecciones y, especialmente, en el control de prótesis mioeléctricas 55.
De entre las muchas tareas que se pueden llevar a cabo, en el aspecto clínico, es muy importante el estudio de la marcha, ya que la capacidad de caminar es una actividad extremadamente funcional y cuando esta habilidad está comprometida hay, a menudo, pérdida de independencia o necesidad de aparatos de asistencia o ayudas ambulatorias. Los sistemas de análisis de la marcha, y entre ellos la EMG cinesiológica, son herramientas esenciales para la evaluación de los desórdenes neuromusculares y de la utilización de ortesis y prótesis.
Además de en la clínica, la EMG cinesiológica, se utiliza en el análisis de actividades ocupacionales, laborales o deportivas, lo que permite conocer la participación muscular durante diferentes posiciones y movimientos en dichas actividades y cómo influye en ella la utilización de las diferentes herramientas que se utilicen. De esta forma, se pueden establecer las modificaciones oportunas para que el gesto sea más correcto, lo que se traduce en una mayor efectividad y en una disminución de la posibilidad de lesión. En las actividades laborales, es importante para realizar un buen diseño de los puestos de trabajo en los que se puedan adoptar y realizar posturas y movimientos adecuados. En el deporte, ayuda a realizar el diseño adecuado de herramientas o accesorios deportivos (máquinas, raquetas, calzado, etc.), a definir métodos de entrenamiento y, además, utilizando técnicas de biorretroalimentación, el propio deportista puede llegar a controlar los grupos musculares que deben contraerse y los que no en una determinada actividad, así como a controlar la cronología de las solicitaciones musculares en la misma.
En los 10 últimos años, ha crecido enormemente la aplicación del análisis del movimiento. A esto ha contribuido el amplio desarrollo de programas fáciles de usar y de equipos que permiten adquisición de datos y su tratamiento de forma más rápida y mejor. Pero también ha habido un gran crecimiento de desarrollos metodológicos locales, que han dado origen a metodologías diferentes entre distintos usuarios. En este sentido, la SENIAM, que se configuró en 1996, ha tenido como fin primordial desarrollar recomendaciones para un intercambio útil de información entre unos laboratorios y otros, lo que incluye tipos de electrodos, su localización, procesado de la señal y también el establecimiento de diferentes modelos que permitan extraer la máxima información de las señales recogidas 12.
Bibliografía
1.Jonson B. Electromyography kinesiology. Aims and fields of use. En: Desmedt JE, editor. New developments in electromyography and clinical neurophysiology. Basilea: Karger; 1973. p. 498-501.2.Basmajian JV. Electrofisiología de la actividad muscular. Buenos Aires: Panamericana; 1976.
3.Rash GS. Electromyography fundamentals. GCMAS (Gait and Clinical Movement Analysis Society) INSTRUCTIONAL DOCUMENTS. Last updated 6/18/02. (consulta 13-04-2005). Disponible en: http:/www.gcmas.org
4.Perry J. The contribution of dynamic electromyography to gait analysis. En: De Lisa JA, editor. Gait analysis in the science of rehabilitation. Monograph 002. 1998. Disponible en: http://www.vard.org/mono/gait/contgait.htm
5.Le Veau B, Andersson G. Output forms: data analysis and applications. En: Selected topics in surface electromyography for use in the occupational setting: expert perspectives. Cincinnati OH: US Department of health and human services. Public Health Service. Center for Disease Control. National Institute for Occupational Safety and Health; 1992. p. 69-102.
6.Soderberg GL. Recording techniques. En: Selected topics in surface electromyography for use in the occupational setting: expert perspectives. Cincinnati OH: US Department of Health and Human Services. Public Health Service. Center for Disease Control. National Institute for Occupational Safety and Health; 1992. p. 23-41.
7.Perry J. Dynamic electromyography. En: Perry J, editor. Gait analysis. Normal and pathological function. Thorofare: SLACK Incorporated; 1992. p. 381-430.
8.Koh TJ, Grabiner MD. Evaluation of methods to minimize cross talk in surface electromyography. J Biomech. 1993; 26 Suppl 1:151-7.
9.Merletti R, Farina D, Gazzoni M. The linear electrode array: a useful tool with many applications. J Electromyog Kinesiol. 2003;13:37-47.
10.Basmajian JV, Stecko GA. A new bipolar indwelling electrode for electromyography. J Appl Physiol. 1962;17:849.
11.Basmajian JV. Electrodes and electrode connectors. En: Desmedt JE, editor. New developments in electromyography and clinical neurophysiology. Basilea: Karger; 1973. p. 502-10.
12.Hermens HJ, Freriks B, Disselhorst-Klug C, Rau G. Development of recomendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. J Electromyogr Kinesiol. 2000;10:361-74.
Medline
13.De Luca C. The use of surface electromyography in biomechanics. J Appl Biomech. 1997;13:135-63.
14.Blok JH, Stegeman DF. Simulated bipolar SEMG characteristics. En: Hermens HJ, Freriks B, editors. SENIAM 5: The state of the art on sensors and sensor placement procedures for surface electromyography: a proposal for sensor placement procedures. Enshede the Netherlands: Roessingh Research and Development b.v; 1997. p. 60-70.
15.Cram JR, Kasman GS. Introduction to surface electromyography. Gaithersburg (Maryland): Aspen Publishers; 1998.
16.Basmajian JV, De Luca CJ. Muscles alive: their functions revealed by electromyography. 5th ed. Baltimore: Williams & Wilkins; 1985.
17.Results of SENIAM project (CD Room). Enshede the Netherlands: Roessingh Research and development b.v. 1999.
18.Gerleman DG, Cook TM. Instrumentation. En: Selected topics in surface electromyography for use in the occupational setting: expert perspectives. Cicinnati OH: US Department of health and human services. Public Health Service. Center for Disease Control. National Institute for Occupational Safety and Health; 1992. p. 43-68.
19.Pullman SL, Goodin DS, Marquinez AI, Tabbal S, Rubin M. Clinical utility of surface EMG. Report of the therapeutics and technology assesment subcommittee of the American Academy of Neurology. Neurology. 2000;55: 171-7.
Medline
20.Soderberg G, Knutson LM. A guide for use and interpretation of kinesiologic electromyographic data. Phys Ther. 2000;80:485-98.
Medline
21.Bouisset S, Maton B. Comparison between surface and intramuscular EMG during voluntary movement. En: Desmedt JE, editor. New developments in electromyography and clinical neurophysiology. Basilea: Karger; 1973. p. 533-9.
22.Inman VT, Ralston HJ, Todel FH. Human walking. London: Williams & Wilkins; 1981.
23.Gerdle B, Karlsson S, Day S, Djupsjöbacka M. Acquisition, processing and analysis of the surface electromyogram. En: Windhorst U, Johansson H, editors. Modern techniques in neuroscience research. Berlin: Springer-Verlag; 1999. p. 705-49.
24.Labarre-Vila A. Stratégie d'utilisation de l'EMG de surface. Rev Med Liege. 2004;59 Suppl 1:176-83.
25.Vitasalo JT, Comí PV. Signal characteristics of EMG with special reference to reproductibility of measurements. Acta Physiol Scand. 1975;93:531-50.
Medline
26.Roy SH, Bonato P, Knaflitz M. EMG assesment of back muscle function during cyclical lifting. J Electromyogr Kinesiol. 1998;8:233-45.
Medline
27.Karlsson S, Gerdle B. Mean frequency and signal amplitude of the surface EMG of the quadriceps muscles increase with increasing torque a study using the continuous wavelet transform. J Electromyogr Kinesiol. 2001;11:131-40.
Medline
28.Stulen FB, De Luca CJ. Frequency parameters of the myoelectric signal as mesure of muscle conduction velocity. IEEE Trans Biomed Eng. 1981;28:515-23.
Medline
29.Villarroya A, Marco MC, Moros T. Electromiografía cinesiológica. Rehabilitación (Madr). 1997;31:230-6.
30.Hershler C, Milner M. An optimality criterion for processing electromyographic (EMG) signals relating to human locomotion. IEEE Trans Biomed Eng. 1978;25: 413-20.
Medline
31.Ericson MO, Nissell R, Ekholm J. Quantified electromyography of lower-limb muscles during level walking. Scand J Rehabil Med. 1986;18:159-63.
Medline
32.Bagg SD, Forrest WJ. Electromyographic study of the scapular rotators during arm abduction in the scapular plane. Am J Phys Med. 1986;65:111-24.
Medline
33.Yang JF, Winter DA. Electromyography reliability in maximal and submaximal contractions. Arch Phys Med Rehabil. 1983;64:417-20.
Medline
34.Kelsey JL, Githens PB, White AA. An epidemiologic study of lifting and twisting on the job and risk for acute prolapsed lumbar intervertebral disc. J Orthop Res. 1984;2:61-6.
Medline
35.Redfern M. Functional muscle: effects on electromyographic output. En: Selected topics in surface electromyography for use in the occupational setting: expert perspectives. Cicinnati OH: US Department of health and human services. Public Health Service. Center for Disease Control. National Institute for Occupational Safety and Health; 1992. p. 109-20.
36.Comí PV. Relationship between muscle tensión, EMG and velocity of contraction under concentric and eccentric work. En: Desmedt JE, editor. New developments in electromyography and clinical neurophysiology. Basilea: Karger; 1973. p. 498-501.
37.Babault N, Pousson M, Ballay Y, Van Hoecke J. Activation of human quadriceps femoris during isometric, concentric and eccentric contractions. J Appl Physiol. 2001;91: 2628-34.
Medline
38.Tesch PA, Dudley GA, Duvoisin MR, Hather BM, Harris RT. Force and EMG signal patterns during repeated bouts of concentric or eccentric muscle actions. Acta Physiol Scand. 1990;138:263-71.
Medline
39.Westing SH, Seger JY, Thorstensson A. Effects of electrical stimulation on eccentric and concentric torque-velocity relationships during knee extension in man. Acta Phisiol Scand. 1990;140:17-22.
40.Osternig LR, Hamill J, Corcos DM, Lander J. Electromyographic patterns accompanying isokinetic exercise under varying speed and sequencing conditions. Am J Phys Med. 1984;63:289-97.
Medline
41.Horstmann T, Mayer F, Maschmann J, Niess A, Roeker K, Dickhuth HH. Metabolic reaction after concentric and eccentric endurance-exercise of the knee and ankle. Med Sci Sports Exerc. 2001;33:791-5.
Medline
42.Bigland B, Lippold OCJ. The relationship between force, velocity and integrated electrical activity in human muscles. J Physiol (London). 1954;123:214-24.
43.Zahalak GJ, Duffy J, Steward PA. Partially activated human skeletal muscle: an experimental investigation of force, velocity and EMG. J Appl Mech. 1976;98:81.
44.Haffajee D, Moritz U, Svantesson G. Isometric knee extension strength as a function of joint angle, muscle length and motor unit activity. Acta Orthop Scand. 1972;43:138-47.
Medline
45.Granata KP, Marras WS. An EMG-Assisted model of trunk loading during free-dynamic lifting. J Biomech. 1995;28(11):1309-17.
46.Kumar DK, Pah ND, Bradley A. Wavetet analysis of surface electromyography to determine muscle fatigue. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2003;11:400-6.
Medline
47.Gerdle B, Larsson B, Karlsson S. Criterion validation of surface EMG variables as fatigue indicator susing peak torque: a study of repetitive maximum isokinetic knee extensions. J Electromyogr Kinesiol. 2000;10:225-32.
Medline
48.Matthijsse PC, Hendrich KM, Rijnsburger WH, Woittiez RD, Huijing PA. Ankle angle effects on endurance time, median frequency and mean power of gastrocnemius EMG power spectrum: a comparison between individual and group analysis. Ergonomics. 1987;30:1149-59.
Medline
49.Stegeman DF, Block JH, Hermens HJ, Roeleveld K. Surface EMG models: properties and applications. J Electromyogr Kinesiol. 2000;10:313-26.
Medline
50.Bigland-Richie B, Johansson R, Lippold OC.J, Woods JJ. Changes in motoneuron firing rates during sustained maximal voluntary contractions. J Neurol. 1983a;340:335-46.
51.Millet GY, Martin V, Maffiuletti NA. Neuromuscular fatigue after a ski skating marathon. Can J Appl Physiol. 2003; 28:434-45.
Medline
52.Fallentin N, Jorgensen K, Simonsen E. Motor unit recruitment during prolonged isometric contractions. Eur J Appl Physiol. 1993;67:335-41.
53.Zwarts M, Stegeman DF. Multichanel surface EMG: basic aspects and clinical utility. Muscle Nerve. 2003;28:1-17.
Medline
54.Lee DC, Lim HK, McKay WB, Priebe MM, Holmes SA. Toward an objective interpretation of surface EMG patterns: a voluntary response index (VRI). J Electromyogr Kinesiol. 2004;14:379-88.
Medline
55.Sisto SA. An overview of the value of information resulting from instrumented gait analysis for the physical therapist. En: De Lisa JA, editor. Gait analysis in the science of rehabilitation. Monograph 002. 1998. Disponible en: http://www.vard.org/mono/gait/contgait.htm
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