Introducció

L’Electromiografia (EMG) és una tècnica per registrar i avaluar l’activitat elèctrica del sistema neuromuscular (sistema nerviós perifèric, unió neuromuscular i músculs esquelètics). Mesura el potencial elèctric generat per les cèl·lules (o fibres) musculars quan s'activen per contraure's.

L'activitat elèctrica és aquella que es genera en un determinat múscul o grup muscular quan se sotmet a un estímul voluntari (per exemple una contracció voluntària del múscul) o involuntari (per exemple un impuls elèctric produït per un elèctrode que dona lloc a una contracció involuntària del múscul). Els músculs es contrauen al reaccionar als estimuls, emeten senyals elèctrics que es poden mesurar. L'activitat elèctrica depèn del múscul i del nervi que l'innerva.

Els músculs converteixen energia química en treball mecànic, i aquesta contracció en situacions normals es produeix quan les fibres musculars són estimulades per neurones motores (motoneurones). Cada motoneurona pot innervar múltiples fibres, formant una unitat motora. Quan s’activa una motoneurona, totes les fibres de la unitat motora es contrauen alhora.

La força de contracció d’un múscul es regula mitjançant:
      a) el nombre d’unitats motores reclutades, i
      b) la freqüència de contracció de la unitat motora.

L’activitat elèctrica generada durant la contracció muscular es registrarà a través d'elèctrodes de superfície connectats a un electromiògraf. El registre obtingut s'anomena electromiograma.

L’electromiògraf detecta la diferència de potencial elèctric a les membranes de les cèl·lules musculars quan s'activen (potencial d'acció). Durant aquesta activació, ja sigui de forma neuronal o de forma elèctrica, els senyals el'electrics generats poden ser analitzats per detectar la força de contracció i la presència d'anormalitats, o analitzar la biomecànica del moviment (humà o animal). Quan la contracció és més intensa, hi ha més ocurrència de senyals elèctrics de diferents unitats motores.

La mesura es basa en les diverses propietats del múscul esquelètic, responsable de moure les diferents parts del cos mitjançant la seva contracció.

Electromiògraf i Electromiograma

Una prova EMG analitza els senyals elèctrics que emeten els músculs quan estan en repòs i quan es fan servir. Un múscul en repòs i sa no ha d'emetre cap senyal elèctric evident (pot haver-hi un senyal electric basal degut al to muscular). Si el múscul està malmès, es mostra activitat elèctrica alterada mentre està en repòs.

Les característiques i condicions musculars que es poden analitzar a partir de l'anàlisi del registre electromiogràfic poden ser diverses, però les principals són tres:

Activació muscular: Com més fibres musculars estiguin activades, més potencials d'acció es captaran a nivell de superfície i es recullirà un senyal electromiogràfic amb més amplitud. En l’amplitud registrada influeixen diferents elements (diàmetre de les fibres musculars, número d'unitats motores actives just sota l'elèctrode...)

Fatiga muscular: Durant una contracció mantinguda apareixen canvis fisiològics en el reclutament de fibres musculars que són indicadors de fatiga. La contracció mantinguda inicialment provoca l'activació de noves unitats motores tot donant senyals d'amplitud més altes. Amb el pas del temps, es produeix una caiguda del número d'unitats motores així com de la velocitat de conducció dels potencials d'acció de la membrana muscular que es reflexa en una disminució de la freqüència en el registre eletromiogràfic. Així doncs, una disminució a la vegada de l’amplitud i de la freqüència del registre, indica que un múscul s’està fatigant.

Temporalització de l'activació muscular: Saber si un múscul està activat durant una activitat, la quantitat de fibres activades,  el moment exacte de la seva activació i la velocitat del reclutament, són paràmetres temporals que es podem valorar amb l'anàlisi per EMG. Quan més reclutament, majors guanys en força, potència i destresa s’aconsegueix.

Desenvolupament 

Estudi de l'activitat i propietats del múscul esquelètic, mitjançant la tècnica electromiogràfica, aplicant diverses condicions experimentals per evidenciar i analitzar alguns aspectes de la funció neuromuscular:

• To muscular esquelètic en estat de repòs.
• Força màxima de prensió de cada mà, incloent-hi la comparació de possibles diferències entre sexes.
• Reclutament d’unitats motores i la seva relació amb l’increment de la potència de la contracció muscular.
• Variacions en la tensió isomètrica i isotònica
• Coordinació funcional entre músculs antagonistes
• Afectació de la fatiga muscular i la isquèmia del múscul a la força de prensió.

Material

Sistema BIOPAC Student Lab

El Sistema Biopac es un conjunt integrat de software (Student Lab) i hardware (Unitat MP) per a l'adquisició i anàlisi de dades fisiològiques.

https://www.youtube.com/watch?v=aXiDsdjqrh4

Mòdul d'adquisició BIOPAC MP 

Unitat que amplifica i digitalitza les senyals per l'ordinador. Permet registrar, amb el programa Student Lab instal·lat a l'ordinador, de forma no invasiva dades d'electrocardiogrames (EKG), d'electromiogrames (EMG), de freqüència cardíaca, d'electroencefalogrames (EEG), de respiració i de tensió muscular, entre d'altres.

Introducció al funcionament del BIOPAC

Conceptes bàsics de l'ús del software de BIOPAC Student Lab y Student Lab PRO

Cables i elèctrodes 

Conjunt de sensors i cables, amb els connectors als elèctrodes, per per capturar l'activitat fisiològica del múscul i obtenir de registres d'electromiografies (EMG). 

Elèctrodes 

Elèctrodes adhesius d'un sol ús

Material adicional 

Peses

Peses d'1 i 3 kg

Dinamòmetre

Dinamòmetre de mà per contraure l'avantbraç i determinar la força màxima de contracció. (Es pot apretar una pilota de tenis en su defecte)

Esfingomanòmetre

Utilitzat per mesurar la pressió arterial, i circumstancialment, per aquesta pràctica s'utilitzarà per produir isquèmia.

Procediment

Preparació sistema anàlisi BIOPAC

• Encendre l'ordinador i la pantalla.
• La unitat BIOPAC ha d'estar inicialment apagada.
• Endollar l'equip: Set de cables SS2L en CH3 i audiòfons en OUT1 (darrere de la unitat).
• Encendre la unitat d'adquisició BIOPAC.
• Col·locar els elèctrodes sobre un múscul: Exemple a l'avantbraç (segons la figura de sota) i els cables SS2L seguint el codi de color: blanc (-), vermell (+) o negre (terra).
• Iniciar el programa BIOPAC Student Lab a partir de l'accés directe "BSL Lessons 3.7". Escull la lliçó "L01-EMG-1". Prem OK.
• Posar un nom a la sessió, per exemple les inicials del teu nom i prem OK.

Elèctrodes

S'utilitzen elèctrodes adhesius que es col·loquen sobre la pell, per capturar l'activitat elèctrica (potencials d'acció) del múscul quan està en repòs i quan es contrau. El resultat final es l'obtenció d'un senyal amb una intensitat i una freqüència resultant de la suma de tots els potencials d'acció. 

Calibració

https://youtu.be/Jix60_XnwjQ

• Prem calibrar. Llegeix el requadre de diàleg i prem OK quan estiguis llest. 
• Espera dos segons i contrau el puny tan fort com sigui possible i després el relaxes. 
• Revisa les dades del calibratge. El teu registre ha de començar en una línia basal i 
  després mostrar activitat. Si és similar al de la figura pots procedir a la secció de “Registre de dades”. 

Obtenció de registres

https://www.youtube.com/watch?v=SpGvQBHnTKo

1. Prem “Adquirir”.
2. Contrau-relaxa el múscul que desitgis estudiar. Es proposen 5 exercicis possibles (veure Resultats). Com a exemple, la realització de l'exercici 1 es faria de la següent manera: 
       - Tancar el puny 
       - Esperar 2 segons
       - Obrir-lo
3. Prem “Suspender”.
4. Revisa les dades obtingudes. Pots canviar els elèctrodes a l'altre braç, o bé a un altre múscul per realitzar els exercicis del 1 al 5 (apartat següent).
5. Quan consideris acabat l'exercici, prem “Parar”.
6. Si has acabat l'adquisició de dades prem “Listo”. 
7. El programa t’oferirà diverses opcions. Escull “Analizar” l'arxiu. 
8. Analitza les dades: Amb l'eina del cursor (I) pots elegir la zona de cada exercici, i anotar les dades dels mesuraments: 
       - min: mostra el valor mínim de l'àrea seleccionada. 
       - max: mostra el valor màxim en l'àrea seleccionada. 
       - P-P: troba el valor màxim en l'àrea seleccionada i li sostreu el valor mínim d'aquesta mateixa àrea. 
9. Torna a entrar en el programa, perquè un altre subjecte adquireixi les seves dades. Cada membre del grup pot treballar sobre un dels exercicis proposats. Per a cada nou subjecte cal realitzar un nou calibratge. 

Es pot consultar el funcionament detallat del sistema a la pestanya de "Material"

Tasques a realitzar

• Observar i registrar el to muscular esquelètic en repòs, mitjançant la detecció del nivell basal d’activitat elèctrica que presenten els músculs en absència de contracció voluntària.

• Mesurar la força màxima de prensió de les mans dreta i esquerra, i comparar els valors obtinguts entre individus de sexe masculí i femení per identificar possibles diferències funcionals relacionades amb el gènere.

• Analitzar el reclutament d’unitats motores (utilitzant manovelles de diferent pes) i correlacionar-lo amb l’increment de la potència generada durant la contracció muscular esquelètica.

• Examinar les diferències en la tensió  isotònica i isomètrica, (en situacions de manteniment postural i en el sosteniment d’un pes)  per comprendre les variacions en la capacitat de generació de força sense modificació de la longitud muscular.

• Estudiar l’acció coordinada dels músculs antagonistes, (bíceps-tríceps) observant les variacions d’activitat EMG associades al control i estabilització del moviment.

• Registrar la força exercida durant la prensió manual en condicions de fatiga induïda (contraccions màximes cada segon durant en 1 minut), amb l’objectiu d’analitzar els canvis progressius en l’activació muscular. Quantificar l’índex de fatiga com el percentatge de disminució de la força.

• Registrar la força exercida després d’induir la isquèmia amb l’objectiu d’analitzar els canvis progressius en l’activació muscular.

Valors de referència

Exemples de registres d'activitat muscular

Registre durant episodis de contracció del puny (avantbraç) amb increment de força gradual en un individu dretà.

No es poden incloure valors de referència de la amplitud dels registres elèctrics perqué depen molt de l'individu experimental (nivell de greix subcutani, estat d'hidratació, ...) i de com s'han ficat els elèctrodes.