Registro electromiográfico de la musculatura del miembro inferior durante la marcha normal y en situación de fatiga muscular

Resumen

La marcha es la forma de locomoción principal de los seres humanos, y es fundamental para la autonomía de los individuos. La marcha es un movimiento humano complejo que requiere de la interacción de múltiples estructuras de control que aseguren un buen desempeño. Procesos como la fatiga muscular pueden alterar el equilibrio entre estos sistemas y producir problemas en la marcha. La fatiga muscular puede definirse como cualquier reducción en la capacidad de generación de fuerza del sistema neuromuscular, independientemente de la fuerza requerida en una situación dada. La presencia de fatiga muscular puede evaluarse mediante el uso de la electromiografía de superficie. El espectro de frecuencias de la señal electromiográfica alberga información sobre diferentes procesos que tienen influencia sobre la contracción muscular. Se han descrito cuatro bandas de frecuencia principales relacionadas con el tipo de fibras que se están contrayendo, los potenciales de acción de unidad motora y el grado de sincronización de unidad motora. Los músculos fatigados y no fatigados deben mostrar diferencias en la distribución de la intensidad espectral entre las distintas bandas de frecuencia descritas para el dominio de frecuencia. La señal electromiográfica se suele estudiar en instantes discretos o mediante la discretización de periodos continuos. Utilizando las transformaciones de ondícula y el mapeo estadístico paramétrico se puede analizar el espectro de la señal de manera continua. Sin embargo, para poder usar las técnicas de mapeo estadístico paramétrico se deben tener señales con la misma longitud. La variabilidad del movimiento humano imposibilita esto por lo que la señal debe ser normalizada en el tiempo. No existían protocolos establecidos sobre cuál es el mejor proceso para normalizar una señal electromiográfica en el tiempo. En base a estas informaciones, los objetivos de esta investigación fueron: determinar cuál era el protocolo de normalización más adecuado para la señal de electromiografía de superficie y evaluar cómo respondía cada banda de frecuencia a la presencia de fatiga muscular local. Se reclutaron treinta sujetos sanos (de 22,05 ± 2,42 años, altura de 1,71 ± 0,08 m y 68,75 ± 11,42 kg) para analizar el espectro de frecuencia del recto femoral, bíceps femoral, tibial anterior, gastrocnemio medial y gastrocnemio lateral de ambas piernas durante la marcha. Se registraron cuatro paseos, de dos minutos cada uno, a una velocidad autoseleccionada. Los dos primeros paseos con una función muscular normal y los dos últimos paseos después de un protocolo de fatiga. Todas las señales se descompusieron utilizando transformaciones de ondícula. Se evaluaron tres métodos distintos de normalización del tiempo: la normalización lineal, la aplicación del algoritmo dynamic time warp de forma iterativa y la combinación de los dos anteriores. Para determinar cuál era el proceso más adecuado para normalizar la señal en el tiempo se analizó el impacto de cada uno de los procesos en las señales originales en cuanto a contenido total de intensidad espectral y similitud del patrón resultante con el original. Las señales se normalizaron en función del mejor protocolo de normalización del tiempo. Se estudiaron cuatro bandas de frecuencia en cada paseo: la banda de frecuencia alta (107-250 Hz), la banda de frecuencia media (65-94 Hz), la banda de 40 Hz (34-53 Hz) y la banda de baja frecuencia (< 25 Hz). Se obtuvieron 3 ratios de las intensidades espectrales de estas bandas de frecuencia en cada caminata: frecuencias superiores/inferiores, frecuencias altas/medias y frecuencia de 40Hz/bajas. Se utilizaron las técnicas de mapeo paramétrico estadístico para comparar las ratios de estas bandas de frecuencia de los paseos pre fatiga con los paseos post fatiga. De entre los procesos de normalización del tiempo, las señales resultantes del proceso de normalización lineal demostraron preservar de manera óptima la similitud con la señal original y la conservación más aproximada de la intensidad espectral total de la señal original. La normalización lineal del tiempo es la opción más adecuada para la obtención de un promedio de señales y para la creación de una base de datos normativa. Este proceso fue utilizado para normalizar en el tiempo todas las señales del espectro de frecuencia que se analizarían. Del análisis de las ratios de las frecuencias superiores entre las inferiores, no se encuentra un comportamiento similar entre los músculos estudiados, para las alteraciones producidas por la fatiga en la distribución de la intensidad espectral entre dichas bandas. Se encuentran aumentos en la intensidad espectral de la banda de frecuencia alta, en relación con la banda de frecuencia media, en casi todos los músculos estudiados. La banda de frecuencia alta podría indicar aumentos en el reclutamiento de fibras tipo II, como estrategia de compensación de la disminución de la capacidad para generar fuerza de un músculo fatigado. Todos los sujetos demuestran un aumento significativo en la intensidad espectral de la banda de baja frecuencia, relacionada con la sincronización de MUAP, cuando experimentan fatiga muscular. Este hallazgo consistente entre ambas piernas. La banda de baja frecuencia constituye el mejor indicador de la presencia de fatiga muscular, esta banda demuestra las mayores diferencias entre las grabaciones pre y post fatiga.