Mot en integrert metode for bruk av sEMG:

  Kvantitative protokoller for vurdering og biofeedback

 

Gabriel E. Sella, M.D., M.P.H., M.Sc.
FACPM, FAADEP, FAAFP, FABS, ABIME, ABMP, ABFM, DABDA, DAAPM

 

Innledning

Overflateelektromyografi er en databasert elektrofysiologisk teknologi som kan utnyttes på mange ulike måter. Det er et objektivt verktøy for vurdering og diagnose av muskulær elektrisk aktivitet hos friske og syke personer. I tillegg er det et objektivt verktøy elektronisk overvåkning ved fysioterapi og yrkesterapi for de fleste neuromuskulære tilstander.

sEMG ligner på et voltmeter. Det måler det totale antallet passeringer av flere handlingspotensialenheter (m.u.a.p - multiple units of action potentials) mellom to punkter på en muskelbuk, fra et gunstig utgangspunkt på hudoverflaten. I tillegg kan det måle passeringsfrekvensen for m.u.a.p. Summen av handlingspotensialepasseringene viser seg som en amplitudeform. Jo flere passerende handlingspotensialer, desto høyere blir amplituden i mikrovolt. Den vanlige avstanden mellom de to overflateelektrodene er to centimeter. Hvis elektrodene plasseres med større avstand, vil flere handlingspotensialer gå mellom de to punktene, og amplituden blir høyere.

 

sEMG kan måle parametere for muskelaktivitet hos friske og syke personer

Den elektriske muskelaktiviteten i en normal muskel omfatter tre parametere:

  1. En hvileverdi, som vanligvis er på mindre enn 4 mV (rms). Under visse vilkår kan den reduseres til 1 mV eller mindre. Hvileverdien bør være den samme før og etter muskelsammentrekning i et bevegelsesområde.

  2. En maksimal aktivitetsverdi, som kan endre seg over tid, i henhold til tyngdekraft og motstand. Denne maksimale aktiviteten kan oppnås gjennom pålitelige muskelsammentrekninger som gjentas et visst antall ganger, avbrutt av tilstrekkelige hvileperioder.

  3. En mellomfrekvens, der en flyt av m.a.u.p. passerer mens tiden går. Denne frekvensen viser en redusert amplitude ettersom tiden går. I flere muskler har dette vist seg å være representativt for den subjektive oppfattelsen av tretthet.

Den elektriske aktiviteten er vanligvis innenfor 10 % av amplituden eller "området under kurven" mellom to normale kontra-laterale muskler, som aktiveres i samme bevegelsesområde og mot samme motstand.

Aktiviteten kan testes ved et antall gjentakelser, for å fastsette flere ulike fenomener. Disse er:

Overgang fra innledende aktivitet med raske rykninger i muskelfibre, til rolige rykninger i muskelfibre (spektralanalyse) over tid, erstatningsmønstre (særlig etter 10 sekunder med vedvarende sammentrekninger) og tretthetsfenomener som noen ganger kan måles med frekvensenheten Hz.

Sella sEMG-protokoller

 De grunnleggende prinsippene for Sella sEMG-protokoller er følgende:

  1. Elektrodene må plasseres etter klare anatomiske mønstre og ha fast avstand til samme muskel. Den avstanden som har fått størst allmenn anerkjennelse, er 2 cm mellom de aktive elektrodene. Jordingselektroden kan ha lenger avstand, men den må plasseres i lik avstand fra begge de aktive elektrodene. Hvis avstanden mellom de aktive elektrodene er større, forventes det at den elektriske aktiviteten blir større, siden det går flere handlingspotensialer over denne avstanden. Hvis elektrodene plasseres med større avstand, er det viktig å angi avstanden og bruke samme avstand når elektrodene på den andre siden plasseres.

Figur 1 viser vanlig elektrodeplassering ved SCM, scalenus og øvre trapezius.

  •  

    1. 1.     sEMG-testing må utføres samtidig på minst fire kontra-laterale muskler (til sammen åtte muskler). Musklene testes i bevegelsesområdet til leddet/-ene som disse musklene har direkte påvirkning på. Ved sEMG i bevegelsesområdet til håndleddet er det for eksempel nødvendig å undersøke følgende muskelsett: flexor carpi radialis og ulnaris, samt extensor carpi radialis og ulnaris (figur 2). Hvis angitt, må andre tilleggsmuskler undersøkes, enten samtidig eller umiddelbart etter sEMG av de ovennevnte musklene.

    Figur 2

    Det må foretas minst fem gjentakelser av bevegelsene i bevegelsesområdet før man kan fastsette gjentakelsesevnen, og om personen som testes er statistisk gyldig i henhold til testekriteriene.

    Testing av grunnlinjeaktiviteten, ved hvile, må utføres først. Det betyr før bevegelsesområdet testes, mellom perioder med muskelaktivitet i bevegelsesområdet og etter testingen.

    Testingen kan utføres i tre ulike modaliteter med hensyn til tyngdekraft og motstand. Den første modaliteten er muskelbevegelsen i bevegelsesområdet uten motstand eller bevisst anstrengelse. Den andre modaliteten er muskelbevegelse gjennom bevegelsesområdet mens personen bruker maksimal frivillig sammentrekning. Den tredje modaliteten omfatter en angitt motstand mot musklenes bevegelse i bevegelsesområdet (merk at en variant av denne modaliteten omfatter en isometrisk sammentrekning, det vil si med en angitt motstand som er så stor at musklene trekker seg sammen uten at leddet kan beveges).

    Det må utføres statistisk analyse. Datamaskinprogramvaren må kunne produsere statistiske data som gjør undersøkeren eller klinikeren i stand til å tolke sEMG-resultatene. Disse dataene bør omfatte:

    Konsistensen til grunnlinjeverdiene før, under og etter at bevegelsesområdet testes. Disse grunnlinjeverdiene skal vanligvis være slik:

     

    Innledende hvile:

    Figur 3

     

    Avsluttende hvile:


    Figur 4

    Samme hviletonus oppnås under hvileperioder mellom rotasjoner tilbake til høyre:

     

    Hvileperioder:

     Figur 5

    Følgende diagram illustrerer hvordan det kan finnes både normale og unormale hvileverdier samtidig, for eksempel ved muskelkramper. Dette eksemplet, som gjelder whiplash-skade, viser at høyre SCM har en hvileverdi på omtrent 12 mV, mens venstre SCM har en hvileverdi på omtrent 4 mV:

     Figur 6

    Det må være konsistens i bevegelsesverdiene i bevegelsesområdet til musklene som er testet, slik at verdiene vanligvis er på > 4 mV i amplitude og innenfor 10 % for hvert kontra-laterale muskelpar, uansett hvor mange gjentakelser som gjøres i bevegelsesområdet. Det samme bør gjelde for områdene under bevegelseskurven, i et hvilket som helst bevegelsesområde. Diagrammet nedenfor illustrerer dette punktet på høyre og vvenstre SCM ved bøying av nakken. De maksimale amplitudene ved aktivitet er på over 4 mV og svært nær hverandre for de kontra-laterale musklene.

    Figur 7

    Hypertonus er et unormalt atferdsmønster for muskler som defineres som en harmonisk bevegelse der grunnlinjen eller hvileverdien gjentas > 4 mV i hele bevegelsesområdet. Som definisjon bør forskjellen i aktivitetsamplituden mellom hvile og frivillig muskelsammentrekning være på > 10 % for en hvilken som helst muskelrepetisjon i bevegelsesområdet. Unormale mønstre, for eksempel hypertonus, bør følge samme regler for statistisk analyse som beskrevet i prinsipp 6. Diagrammet nedenfor illustrerer dette punktet på extensor carpi radialis når håndleddet strekkes:

     

    Figur 8

    Maksimal amplitude ved hvile er på over 4 mV på høyre side. Den venstre hvileperioden er på < 4 mV. Det er en klar tendens til at de involverte musklene går tilbake til hvile, men dette er ikke tilfellet i musklene som ble utsatt for skaden. Andre muskler som ble testet samtidig, viser normale hvileverdier.

    Muskelkramper er et unormalt muskelaktivitetsmønster i bevegelsesområdet. Det defineres som et aktivitetsnivå på > 4 mV, der det ikke er noen merkbar forskjell i sammentrekningamplituden ved hvile eller bevegelse. De statistiske dataene bør vise at forskjellen mellom amplituden ved aktivitet, hvile og bevegelse er på < 10 % for en hvilken som helst muskel med kramper gjennom et hvilket som helst antall sammentrekninger i bevegelsesområdet. Diagrammet nedenfor illustrerer dette på høyre, øvre trapezius ved bøying av nakken. De maksimale amplitudene ved hvile er på over 4 mV for høyre, øvre trapezius med kramper. Det er ingen tendens til at de involverte musklene går tilbake til hvile. Dette er imidlertid ikke tilfelle for musklene som er utsatt for skade. Venstre, øvre trapezius, som ble testet samtidig, viser normale hvileverdier.

     Figur 9

    Muskelkontraktur, eller stillhet, er et unormalt muskelaktivitetsmønster i bevegelsesområdet. Det defineres som et aktivitetsnivå som ligger nært opp til > 1 mV, der det ikke er noen merkbar forskjell i sammentrekningamplituden ved hvile eller bevegelse. De statistiske dataene bør vise at forskjellen mellom aktivitetsamplitude ved hvile og bevegelse er på < 10 % for en hvilken som helst muskel i kramper gjennom et hvilket som helst antall sammentrekninger i bevegelsesområdet. Muskelsammentrekning bør ikke behandles som en teknisk forstyrrelse.

    Statistiske tolkningsparametere må minst omfatte følgende:

    ·         Gjennomsnittlig og standard avvik i elektrisk muskelaktivitet ved hvile og under bevegelse gjennom fem gjentakelser med aktivitet eller hvile.

    ·         Variasjonskoeffisienten av ovennevnte. Hvis variasjonskoeffisienten er på < 10 % (0.1) for en hvilken som helst muskel i en hvilken som helst tilstand, kan den anses som gyldig, i henhold til påliteligheten til testingen. Hvis variasjonskoeffisienten er på > 10 % for den symptomatiske muskelen, men på < 10 % for de asymptomatiske musklene som testes samtidig, kan resultatet tolkes som gyldig på klinisk og undersøkende grunnlag. Hvis variasjonskoeffisienten er på > 10 % for den symptomatiske muskelen, og dessuten på > 10 % for den asymptomatiske musklen som testes samtidig, kan resultatene tolkes som ugyldige på klinisk og undersøkende grunnlag. Spørsmålet om forsterkelse/simulering kan utelukkes.

    ·         Maksimums- og minimumsverdiene (området) kan behandles statistisk som beskrevet over.

    ·         Området under kurven for sammentrekning eller hvile kan behandles statistisk som nevnt over.

    ·         Sekvensen med start og avslutning av sammentrekningen i en hvilken som helst muskel som testes samtidig med andre muskler i bevegelsesområdet. Det er relevant å bestemme sekvensen med å starte/stoppe aktivitet i en normal gruppe med synergistiske og antagonistiske muskler, og for muskler som påvirkes funksjonelt eller strukturelt.

    Frekvensforskjellen (Hz) mellom to normale kontra-laterale muskler kan betraktes som normal, hvis forskjellen er < 10 % for en hvilken som helst sammentrekning i bevegelsesområdet. Alle hensyn beskrevet ovenfor gjelder for denne parameteren.

    Det forventes både klinisk og statistisk at det ikke skal være vesentlige forskjeller i de ovennevnte parameterne ved normale muskler. Forsterkelse/simulering av symptomer påvises ved uoverensstemmende mønstre for elektrisk aktivitet eller normal aktivitet for angivelig symptomatiske muskler. Hvis bare én muskel undersøkes, kan ikke klinikeren fastslå med sikkerhet at den "symptomatiske" muskelen viser unormal atferd, med mindre det samtidig testes muskler som er involvert i den myotaktiske enheten til den aktuelle muskelen. Hvis de andre musklene i enheten utviser normal atferd i bevegelsesområdet, mens den "symptomatiske" muskelen utviser unormal atferd, gir dette den nødvendige troverdigheten, fordi resultatene av presentasjonen samsvarer med den kliniske årsaken til undersøkelsen. Hvis personens symptomer forsterkes/simuleres, finnes det to muligheter:

    ·      Den unormale atferden kan overføres til de asymptomatiske musklene uten klinisk årsak. Slik atferd vil ikke være i samsvar med de statistiske prinsippene beskrevet ovenfor. 

    ·      Alle testede muskler vil utvise normal atferd, også den "symptomatiske" muskelen. Dette er i samsvar med de statistiske prinsippene ovenfor, men ikke med den antatte kliniske symptomatologien.

    Når sEMG-vurderingen er utført, kan undersøkeren eller klinikeren fortsette med sEMG-biofeedback for neuromusculær opptrening og/eller optimalisering av muskelfunksjonen. Det finnes en sekvens på tre trinn som skal optimalisere resultatene av biofeedback-modaliteten: Det første trinnet omfatter bevisst opplæring av muskelen til å oppnå best mulig hvileaktivitet. Dette er nødvendig for å gi best energiforsyning og fornyelse av forsyningen. I tillegg gir det nødvendig grunnlag for å bruke minst mulig muskler med størst mulig resultat (dvs. muskeleffektivitet). Det andre trinnet omfatter bevisst optimal utnyttelse ved sammentrekning under ulike omstendigheter. Slik utnyttelse har som mål å oppnå sammentrekninger i bevegelsesområdet på en effektiv måte. Det tredje trinnet har atletiske, ergonomiske eller fysioterapeutiske/yrkesterapeutiske medisinske mål. Musklene trenes bevisst opp i å utføre arbeidsrelaterte oppgaver på den mest effektive måten.

    Dette kan demonstreres ved samtidig bruk av andre instrumenter, for eksempel dynamometer. Sluttresultatet ved riktig ergonomisk/atletisk trening med sEMG, er følgende:

    1.   De musklene som trenes, viser et normalt mønster av sEMG-aktivitet, der sammentrekningstoppene og området under kurven ikke er større enn før treningen.

    2.   Dynamometeret angir større styrke på en objektiv måte.

    3.   Den som trener, angir (subjektivt) mindre tretthet.

    Undersøkeren, treneren eller klinikeren kan verifisere tilstrekkeligheten ved resultatene som oppnås med sEMG-biofeedback ved å gjenta testingen ved slutten av treningsperioden. Hvis målet var å trene opp musklene til å fungere likt, bør resultatene av den endelige vurderingen følge de statistiske reglene beskrevet ovenfor. Hvis målet var å optimalisere funksjonen på en av sidene, er kanskje ikke resultatene statistisk gyldige, men de kan være gyldige og pålitelige fra et klinisk synspunkt. sEMG-biofeedback kan derfor av og til brukes som forbedringsverktøy for å gi en best mulig muskelutnyttelse.

    Leseren være nødt til å lære seg å utnytte den generelle metoden som er beskrevet ovenfor. Den kan utnyttes på bevegelsesområdestudier og på nevrologiske områder. Hvis du vil lese mer om dette, anbefaler vi de to lærebøkene "Muscles in Motion: sEMG Analysis of the Range of Motion of the Human Body" og "Neuromuscular Testing with Surface EMG".

    Thought Technology samarbeider med forfatteren om å lage programvare som skal utnytte parameterne som er beskrevet ovenfor.

    Referanser

    1. Basmajian JV, DeLuca CJ: Muscles Alive. Their functions revealed by electromyography: 5th ed., Baltimore: Williams & Wilkins, 1985.
    2. Basmajian JV, Growland C, Brandstater ME, Swason L, Trotter J.: EMG biofeedback treatment of upper limb in hemiplegic stroke patients. A pilot study. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 63: 612-616, 1982.
    3. Basmajian JV: Electromyographic investigation of spasticity and muscle spasm. Physiotherapy Canada, 62: 319-323, 1976.
    4. Basmajian JV: Electromyography comes of age. Science 197: 603-609, 1972.
    5. Kumar S, Mitla A: Electromyography in Ergonomics, Taylor and Francis, 1996.
    6. Schwartz MS: Biofeedback; A Practitioner's Guide. The Guilford Press, 1995.
    7. Selected Topics in Surface Electromyography for Use in the Occupational Setting: Expert Perspectives. Department of Health and Human Services, 1992.
    8. Sella, GE: A Primer for Impairment Evaluations, 1995.
    9. Sella, GE: Gender Patterns of Muscular Utilization: The sEMG Analysis of the Elbow Range of Motion. Disability Journal, Vol. 6, Number 3, 1-24, August 1997.
    10. Sella, GE: Muscles in Motion, sEMG Analysis of the Range of Motion of the Human Body. GENMED Publishing 1993.
    11. Sella, GE: Neuromuscular Testing with Surface Electromyography. GENMED Publishing 1995.
    12. Sella, GE: sEMG Utilization in the Evaluation of Soft Tissue Injury, The Forensic Examiner Vol 6, No 5 & 6, May/June 1997.
    13. Travell JG, Simons DG: Myofascial Pain and Dysfunction: The Trigger Point Manual, Vols I&II, Williams & Wilkins, 1983.

     

    Copyright, 1997 The Biofeedback Foundation of Europe