Oberflächenelektromyographie-Studie zur Müdigkeit bei diabetischer Neuropathie

Die instrumentelle Sitzung bestand aus der Registrierung von sEMG-Signalen während elektrisch stimulierter und freiwilliger Kontraktionen gemäß einem konsolidierten standardisierten Protokoll. Der untersuchte Muskel ist der vordere Schienbeinmuskel.

Jeder Proband saß bequem auf einem Stuhl, sein/ihr Knöchel war um 90° gebeugt und das Knie war gestreckt; Das Bein wurde im 90-Grad-Winkel in der isometrischen Orthese fixiert, die auf einer Ebene befestigt war (MISO1, LISiN Bioengineering Centre, Turiner Polytechnikum, Italien). Das Drehmoment wurde mit einer modularen Orthese gemessen, die zwei unabhängige Drehmomentaufnehmer enthielt (Modell TR11, CCT Transducers, Turin, Italien). .

Das Signal der beiden Drehmomentmesser wurde verstärkt, summiert und mithilfe eines visuellen Feedbacksystems angezeigt, das der Testperson Informationen über das erzeugte Drehmomentniveau lieferte. Das Drehmomentsignal wurde zur späteren Analyse gespeichert.

Das sEMG-Signal der rechten vorderen Tibia wurde mit einer flexiblen, selbstklebenden linearen Anordnung von 16 Elektroden (Silberstäbe mit einer Länge von 10 mm, einem Durchmesser von 1 mm und einem Abstand von 10 mm) in einer SD-Konfiguration (Single Differential) untersucht. Die optimale Position und Ausrichtung des Arrays wurde bei moderaten Kontraktionsniveaus durch visuelle Inspektion des Signals bestimmt. Es lieferte klare Aktionspotentiale der motorischen Einheiten mit ähnlicher Ausbreitung in beide Richtungen vom neuromuskulären Übergang zu den Sehnen.

Die Referenzelektrode wurde am Bein des Patienten positioniert. Die Haut wurde vor der Positionierung des Arrays durch leichtes Abreiben mit Schleifgel gereinigt.

Da sEMG-Variablen von der Muskeltemperatur beeinflusst werden, wurde die Hauttemperatur während der gesamten Untersuchung mit einem elektronischen Thermometer überwacht und zwischen 31,5 °C und 32,5 °C gehalten.

Das Protokoll bestand aus drei Auswertungen: einer stimulierten Kontraktion und zwei freiwilligen Kontraktionen gemäß einem standardisierten Protokoll.

Die stimulierte Kontraktion wurde durch eine am motorischen Punkt positionierte Knopfstimulationselektrode (Größe: 10 mm) unter Verwendung einer monopolaren Konfiguration, einer Frequenz von 25 Hz für eine Dauer von 30 Sekunden und einer supramaximalen Stimulation ausgeführt. Als motorischer Punkt wurde die Position der stimulierten Elektrode auf der Haut ausgewählt, an der die M-Welle bei einer bestimmten Stimulationsintensität die maximale Amplitude zeigte; Der supramaximale Stimulationspegel wurde als die Stromstärke definiert, oberhalb derer es zu keinem signifikanten Anstieg der Amplitude der M-Welle oder dem von den Probanden maximal tolerierten Pegel kam.

Um ein kumulatives Ermüdungsphänomen zu vermeiden, wurde nach der Stimulation eine Ruhezeit von 10 Minuten eingehalten.

Anschließend führte der Proband zwei Testkontraktionen durch Dorsalflexion des Fußes gegen den durch die Stützen gegebenen Widerstand durch, um sich mit dem Verfahren vertraut zu machen und die korrekte Haltung und Position des Arrays zu überprüfen.

Anschließend wurde der Proband aufgefordert, drei maximale freiwillige Kontraktionen (MVC) von jeweils 3 Sekunden Dauer mit einer Pause von 2 Minuten dazwischen auszuführen. Der Referenz-MVC, ausgedrückt in Nm, wurde als Maximum der drei Messungen ermittelt. Auf die letzte MVC-Messung folgte eine 10-minütige Ruhephase.

Anschließend erzeugte die Testperson zwei freiwillige Kontraktionen von jeweils 30 Sekunden Dauer: eine Kontraktion bei 30 % MVC und eine bei 60 % MVC mit einer 5-minütigen Pause dazwischen. Ein visuelles Biofeedback wurde verwendet, um dem Probanden dabei zu helfen, das gewünschte Kontraktionsniveau aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus wurden die Probanden verbal dazu ermutigt, während ihrer Leistung das beste Ergebnis zu erzielen.

Die EMG-Signale wurden mit einem 10-500-Hz-Bandbreitenfilter gefiltert und verstärkt (EMG 16-16-Kanal-Verstärker LISiN Bioengineering Center Turin Polytechnic). Sie wurden bei freiwilligen Kontraktionen mit 2048 Hz und bei elektrisch ausgelösten Kontraktionen mit 1024 Hz abgetastet. Die Signale wurden mit einem 16-Bit-A/D-Wandler (DAQCARD-6024E National Instruments, Austin, Texas, USA) digitalisiert und auf der Festplatte eines Personalcomputers gespeichert.

Die Signalverarbeitung wurde mit MATLAB durchgeführt. Die interessierenden EMG-Variablen waren: mittlere normalisierte Frequenz (MNF), durchschnittlicher gleichgerichteter Wert (ARV) und Muskelfaserleitungsgeschwindigkeit (CV). Spektral (d. h. MNF), Amplitude (d. h. ARV- und CV-Variablen wurden mit numerischen Algorithmen berechnet, die in früheren Arbeiten beschrieben wurden.

CV wurde aus den aufeinanderfolgenden doppelten Differenzsignalen geschätzt, die die beste Signalausbreitung zeigten; MNF und ARV wurden aus dem einzelnen Differenzkanal in der Mitte der für die CV-Schätzung verwendeten Kanäle geschätzt. Die Epochenlänge für die EMG-Variablenschätzung betrug 0,5 Sekunden ohne Überlappung.

Eine lineare Regression wurde verwendet, um alle Streudiagramme der EMG-Variablen an die Zeit anzupassen. Die Änderungsrate wurde als Steigung der Regressionsgeraden definiert. Die normalisierte Änderungsrate für alle Variablen wurde als Verhältnis zwischen der Steigung und dem Achsenabschnitt (Anfangswert der sEMG-Variablen) definiert, ausgedrückt als Prozentsatz. Physiologische myoelektrische Manifestationen der Muskelermüdung bestehen in einer Verringerung von MNF und CV und einem Anstieg von ARV.