Valutazione della fatica muscolare durante movimenti di flesso-estensione

Muscle fatigue represents a complex phenomenon encompassing various causes, mechanisms and forms of manifestation. Continuous monitoring of local muscle fatigue during performance of certain work is possible by measuring myoelectric activity of particular muscles by the method of surface electromyography. Biochemical and physiological changes in muscles during fatiguing contractions are reflected also in properties of myoelectric signals recorded on the surface of the skin above the muscle concerned. Dynamic contractions are usual in the daily activities of movements and the surface myoelectric signal (sEMG) detected in that case is considered a realization of a nonstationary stochastic process. In order to track the evolution of its frequency content in time, a time-frequency representation is required. The Choi-Williams transform, member of Cohen’s class, is a good candidate for the analysis of sEMG signals. During dynamic contractions, as the muscle force (or torque) and the joint angle (position and velocity) vary there are changes in: the number of active motor units with possible different fiber types, the firing rates, the geometric relation between the active muscle fibers and the electrode, geometric relation between to the innervation zone and tendon, and the muscle fiber length. Some of these problems can be handled when investigating repetitive dynamic contractions by using highly standardized dynamic (i.e., isokinetic) movements and determining EMG variables in the same position-window for each contraction cycle (i.e., cyclostationary technique). The main objective of this study was to compare the electrical manifestations of muscle fatigue during concentric and eccentric contractions of the rectus femoris, vastus lateralis and vastus medialis. We derived the average fatigue pattern of the investigated muscles from experimental data recorded from nine subjects during isokinetic knee flexion-extension cyclical exercises.

La fatica muscolare rappresenta un complesso fenomeno che comprende varie cause, meccanismi e forme di manifestazioni. Il monitoraggio continuo della fatica muscolare locale durante l’esecuzione di un certo lavoro è possibile misurando l’attività mioelettrica di particolari muscoli con il metodo dell’elettromiografia di superficie. Cambiamenti biochimici e fisiologici nei muscoli durante contrazioni affaticanti si riflettono anche nelle proprietà del segnale mioelettrico registrato sulla superficie della pelle al di sotto del muscolo interessato. Contrazioni dinamiche sono comuni nei movimenti delle attività quotidiane e il segnale elettromiografico di superficie (sEMG) rilevato in questo caso è considerato una realizzazione di un processo stocastico non-stazionario. Per tracciare l’evoluzione del suo contenuto in frequenza nel tempo, è richiesta una rappresentazione in tempo-frequenza. La trasformata di Choi-Williams, membro della classe di Cohen, risulta un buon candidato per l’analisi del segnale sEMG. Durante contrazioni dinamiche, con la variazione di forza muscolare (o torque) e dell’angolo a livello dell’articolazione (posizione e velocità) ci sono cambiamenti in: numero di unità motorie attive con possibili differenti tipi fibre, la frequenza di firing, la relazione geometrica tra le fibre muscolari attive e l’elettrodo, la relazione geometrica tra la zona d’innervazione e il tendine, e la lunghezza delle fibre muscolari. Alcuni di questi problemi possono essere gestiti esaminando le contrazioni dinamiche ripetitive tramite movimenti dinamici altamente standardizzati (ad es. isocinetici) e determinando le variabili EMG all’interno di una finestra che mantiene la stessa posizione ad ogni ciclo di contrazione (ad es. tecniche di ciclostazionarietà). Il principale obiettivo di questo studio è stato di confrontare le manifestazioni elettriche di fatica muscolare in contrazioni concentriche ed eccentriche del rectus femoris, del vastus lateralis e del vastus medialis. Sono stati ricavati dei profili medi di fatica per i muscoli considerati dai dati sperimentali registrati da nove soggetti durante esercizi ciclici di flesso-estensione del ginocchio.