Bioingegneria

Elettromiografia

L'elettromiografia è un insieme di tecniche per il rilievo, l'elaborazione e la rappresentazione dei segnali elettrici generati durante una contrazione volontaria o indotta dai muscoli scheletrici. Riguarda lo studio, la registrazione e l'analisi del segnale mioelettrico, generato dalla variazione fisiologica nello stato delle membrane della fibra muscolare. Il segnale EMG si basa sui potenziali d'azione alla membrana della fibra muscolare dovuti ai processi di depolarizzazione e ripolarizzazione.

Dopo l'eccitazione iniziale della fibra, il potenziale d'azione viaggia lungo la fibra formando un'onda di depolarizzazione (dipolo elettrico) che si propaga lungo la fibra. La coppia di elettrodi posta sulla superficie cutanea rileva l'effetto della sommazione dei potenziali d'azione di più fibre muscolari (potenziale dell'unità motoria MUAP, effetto di più onde di depolarizzazione/più dipoli).

Fattori influenzanti l'EMG

• Reclutamento dei MUAP: unità motrici reclutate (ampiezza)
• Frequenza di scarica (densità)
• Posizione elettrodi: tra zona di innervazione e l'inserzione tendinea (ampiezza significativa del segnale); gli elettrodi sono posti in serie in modo da rilevare l'onda in due istanti di tempo differenti.

Il tracciato elettromiografico è una miscela di componenti sinusoidali a diverse frequenze, con energia compresa tra 10 e 1000 Hz. Per ridurre gli errori (in base al tipo di movimento e al grado di contrazione) si può ridurre la sensibilità degli elettrodi solo a un certo intervallo di frequenza in base al movimento.

Relazione tra forza e segnale EMG

Non esiste un legame diretto tra forza e segnale EMG; c'è l'ipotesi che un raddoppio nell'ampiezza dello spettro sia correlato al raddoppio nell'espressione di forza, ma ciò non avviene nel grafico e varia da un muscolo all'altro. Inoltre, il rilevamento del segnale dipende anche dalla tipologia di fibra attivata e se tale fibra è presente nell'area sottostante all'elettrodo. Se così non è, accade che la forza espressa non sarà proporzionale al segnale EMG e quindi sono possibili errori. La relazione forza-segnale EMG non è lineare bensì è un'iperbole: il segnale continua a crescere ma la forza espressa dal muscolo si satura.

Fattori che influenzano il segnale EMG

• Caratteristiche del tessuto (conduttore ma dipende dal tessuto, più grasso > resistenza)
• Cross-talk (segnale falsato da contrazioni di muscoli vicini): per ovviare a questo si può passare all'EMG profonda; più si avvicinano gli elettrodi al muscolo più si evita il cross-talk (distanza minima 2 cm, diametro 1 cm), posti in serie e parallelamente alla direzione della fibra.
• Per evitare ulteriori errori, far in modo che gli elettrodi non si spostino durante il movimento; far compiere movimenti selettivi (movimenti che isolano la contrazione di alcuni muscoli) e inoltre si può procedere facendo contrarre, in modo isolato, gli antagonisti per vedere quanto incidono sull'EMG.

Considerazioni generali

Preparare la cute (togliere peli, pulire la pelle) garantisce stabilità al contatto e riduce l'impedenza.

Analisi del segnale

• Studiare ampiezza del segnale, capire se un muscolo è attivo o meno, trovare la soglia di contrazione del muscolo (presenti in lett.)
• Studiare quando si attiva e in che percentuale di forza rispetto alla MVC
• Rilevare il grado di affaticamento muscolare

Pedana di forza

La pedana di forza è posta su pavimento del laboratorio nascosta per non influenzare il passo una volta passato su di essa. Misura le forze scambiate dall'appoggio con il terreno su 3 assi (verticali, antero-posteriore, medio-laterali). Rileva forza concentrata su un punto e non quella distribuita, prende in esame il centro di pressione (COP).

Tipi di pedane

• Con sensori piezoelettrici adatta a movimenti rapidi e dinamici, no statici.
• Adatta a movimenti meno dinamici, analisi dell'equilibrio e della postura in quanto estensimetrica offre la misura della polarizzazione elettrica per effetto della deformazione meccanica.

A seconda del movimento analizzato, se il segnale è molto rapido (frequenza di campionamento alta), se la variazione di segnale è lenta (frequenza di campionamento bassa). Equilibrio (50-100 Hz), atterraggio (500-5000 Hz), cammino (250-500 Hz).

Utilizzo di sensori sensibili all'azione meccanica, i quali trasducono in segnali elettrici l'azione meccanica a cui la pedana stessa è sottoposta per effetto del carico applicato. Nei quattro angoli della pedana è presente una culla di carico che misura il carico verticale, le forze di taglio orizzontali nelle direzioni antero-posteriori e medio-laterali e i momenti torcenti relativi ai 3 assi.

Normalizzare i dati al peso (tarare lo strumento a seconda dello studio da fare) corporeo (variabile) dividendo il valore ottenuto al peso corporeo e moltiplicandolo per 100. Inoltre in base a ciò che vogliamo studiare poniamo lo 0 della membrana ad un livello X.

Condizioni per l'accettabilità dei dati

• La pedana deve essere isolata dal resto del pavimento e inoltre il soggetto deve mantenere normale andatura di corsa a contatto con la pedana.
• Tutto il piede deve essere entro la superficie della pedana.

La prova perde di validità se c'è overstriding (allungamento esagerato del passo).